[ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ]

Transcript

1 2010 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ [ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ] ΧΡΙΣΤΟΠΟΥΛΟΥ ΜΑΡΙΑ ΕΛΕΝΗ Α.Μ.: 191/02 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΡΑΜΠΑΣ ΘΕΟΦΑΝΗΣ

2 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Καραμπά για τη στήριξη και τη βοήθειά του κατά την εκπόνηση της διπλωματικής μου εργασίας, την οικογένειά μου για την κατανόησή τους και όλα όσα έχουν κάνει για μένα και τους φίλους μου εδώ στη Μυτιλήνη που εξαιτίας τους τα χρόνια που πέρασα εδώ θα αποτελούν μια από τις πιο γλυκές αναμνήσεις της ζωής μου. 1

3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕΙΚΤΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ ΔΙΑΛΥΜΕΝΟ ΟΞΥΓΟΝΟ ΚΑΙ ΠΑΘΟΓΟΝΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ Μέθοδος παρακολούθησης ποιότητας υδάτων με σκοπό την πρόβλεψη των συνθηκών μετά την κατασκευή Εφαρμογή υπολογιστικών μοντέλων για την πρόγνωση των συνθηκών μετά την κατασκευή Εφαρμογή ελέγχου και εκτίμησης πριν την κατασκευή ΜΑΡΙΝΕΣ, ΜΠΕ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΛΑ Εργαστηριακά Μοντέλα Μαθηματικά Μοντέλα ΥΔΡΑΥΛΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΤΟΥ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟΥ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟΥ DILA ΣΤΗ ΛΙΒΥΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ WINDCIR Διδιάστατο οριζόντιο, μέσου βάθους μοντέλο κυκλοφορίας Ψευδοτρισδιάστατο μοντέλο κυκλοφορίας ΥΔΡΑΥΛΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΣΤΟ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ DILA Παλιρροιακές μεταβολές της στάθμης της θάλασσας Ανανέωση λόγω ανεμογενούς κυκλοφορίας ΣΥΝΘΕΤΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΤΛΙΩΝ (ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗ ΑΝΑΝΕΩΣΗ) ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΔΥΟ ΟΠΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παράκτια ζώνη αποτελεί ένα δυναμικό φαινόμενο το οποίο επηρρεάζει σε μεγάλο βαθμό τις κοινωνίες που αναπτύσσονται κοντά της. Η εκμετάλλευση της, από τους κατοίκους των παρακείμενων περιοχών μπορεί να συμβάλλει θετικά στην τοπική οικονομία και να τους εξασφαλίσει σημαντικό βαθμό ανάπτυξης. Χρήσεις της παράκτιας ζώνης είναι κυρίως οι μεταφορές, το εμπόριο, η αλιεία, η βιομηχανία, η αναψυχή κι ο τουρισμός. Ειδικά ο τομέας του θαλάσσιου τουρισμού, μπορεί να αποτελέσει την εφαλτήριο δύναμη για την πρόωθηση μιας οργανωμένης τουριστικής πολιτικής η οποία θα αποδώσει σημαντικά οφέλη στις τοπικές κοινωνίες. Τα τελευταία χρόνια, πληθαίνει ο αριθμός των σκαφών αναψυχής που χρησιμοποιούνται για μετακινήσεις, μεταφορές ακόμα και για μόνιμη κατοικία. Η αύξηση αυτή δημιούργησε την ανάγκη χωροθέτησης ασφαλών σημείων ελλιμενισμού των σκαφών αυτών. Οι μαρίνες είναι παράκτιες κατασκευές που σκοπό έχουν να αντιμετωπίσουν την παραπάνω ανάγκη και να προστατεύσουν τα εμπορικά, αλιευτικά και τουριστικά σκάφη. Αποτελούν δηλαδή, φυλαγμένες λιμενολεκάνες που εμποδίζουν τους κυματισμούς να εισέλθουν σε αυτές. Οι μαρίνες, όμως σήμερα, παρουσιάζουν αρκετές αδυναμίες λόγω της συνεχώς αυξανόμενης χρήσης τους, ιδιαίτερα στις ανεπτυγμένες χώρες. Οι αδυναμίες αυτές εντοπίζονται τόσο σε επίπεδο εξοπλισμού όσο και διαχείρισης και είναι επιβεβλημένη η ανάγκη άμεσης διευθέτησής τους, για την καλύτερη εξυπηρέτηση των χρηστών και κυρίως για την προστασία του περιβάλλοντος το οποίο επηρρεάζεται από τη λειτουργία της μαρίνας. Τα σκάφη που φιλοξενούνται στις μαρίνες συνήθως απελευθερώνουν μικρές ποσότητες ρύπων. Όταν αυτές οι μικρές ποσότητες πολλαπλασιαστούν επί εκατοντάδων σκαφών και μαρίνων προκαλούν σημαντικά προβλήματα στα παράκτια ύδατα. Η κατασκευή και η λειτουργία μιας μαρίνας συνήθως προκαλεί τις εξής επιπτώσεις στην ποιότητα των υδάτων: υψηλή τοξικότητα στο νερό, αυξημένες συγκεντρώσεις ρύπων σε υδρόβιους οργανισμούς καθώς και στα ιζήματα, αυξημένοι ρυθμοί διάβρωσης και υψηλές τιμές θρεπτικών. Όλα αυτά, οδηγούν σε αύξηση της άλγης, μείωση του ποσοστού της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου (ευτροφισμός) και υψηλά επίπεδα παθογένειας. Επιπροσθέτως, η κατασκευή μιας μαρίνας μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή ευαίσθητων οικοσυστημάτων και βενθικών κοινωνιών. Η ρύπανση των υδάτων στους λιμένες σκαφών αναψυχής οφείλεται σε πολλούς λόγους όπως: (1) μη ικανοποιητικές έξοδοι του νερού, (2) ελλειπής συντήρηση των σκαφών, (3) αποβολή λυμάτων από τα σκάφη, (4) μεταφορά του νερού της βροχής από τα σταθμευμένα αυτοκίνητα κοντά στη μαρίνα με ότι αυτά 3

5 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ διαμετακομίζουν, (5) αλλοίωση της ακτογραμμής και των υδροβιότοπων καθώς και των υδάτινων ενδιαιτημάτων κατά την κατασκευή και τη λειτουργία της μαρίνας. Για την ελαχιστοποίηση της ρύπανσης των υδάτων, οι μαρίνες πρέπει να χωροθετούνται, να σχεδιάζονται, να κατασκευάζονται και να λειτουργούν σε αρμονία με το φυσικό περιβάλλον και τη ζωή του οικοσυστήματος. Πιθανές αρνητικές επιδράσεις της μαρίνας, για παράδειγμα καταστροφή ενδιαιτημάτων,ειδικά σε ευαίσθητες οικολογικά περιοχές, μπορούν να αποφευχθούν ή έστω να μειωθούν στο ελάχιστο μέσω ενός σχεδιασμού με περιβαλλοντική συνείδηση, με τη επιλογή της καλύτερης πρακτικής διαχείρισης του έργου και με την τήρηση των περιβαλλοντικών κανονισμών. Η ποιότητα των υδάτων στις μαρίνες εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πόσο καλά ανανεώνεται το νερό της λεκάνης, κάτι το οποίο με τη σειρά του εξαρτάται από την ανεμπόδιστη κυκλοφορία του. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ικανοποιητική ανανέωση βελτιώνει την ποιότητα του νερού, αποτρέπει τη δημιουργία στασιμότητας, αυξάνει τη βιολογική παραγωγή και βελτιώνει την αισθητική όψη. Η ικανοποιητική ανανέωση μπορεί να μειώσει τις συγκεντρώσεις ρύπων σε μια μαρίνα κατά 70% με 90% μέσα σε 24 ώρες. Η ανανέωση της μαρίνας υπολογίζεται με τον «μέσο χρόνο ανανέωσης» και τον «χρόνο παραμονής». Ο «χρόνος παραμονής» ορίζεται ως η μέση χρονική διάρκεια παραμονής μιας ρυπογόνου ή μολυσματικής ουσίας στο νερό. Ο χρόνος ανανέωσης μπορεί να προσδιοριστεί είτε μέσω έρευνας στο πεδίο, είτε χρησιμοποιώντας εξελιγμένα και υπερσύγχρονα μαθηματικά μοντέλα. Τα μαθηματικά μοντέλα υπολογίζουν την κυκλοφορία του νερού λαμβάνοντας υπ όψιν τη διεύθυνση του ανέμου και τις παλιρροιακές μεταβολές της στάθμης της θάλασσας. Ο χρόνος ανανέωσης κυμαίνεται από 0 μέρες στις περιπτώσεις που η μαρίνα συνορεύει με την ανοιχτή θάλασσα εώς αρκετές εβδομάδες σε λιμενολεκάνες που βρίσκονται σε απομονωμένες τοποθεσίες ή όταν υπάρχουν κατασκευές που εμποδίζουν την κυκλοφορία του νερού. Η ποιότητα των υδάτων μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση μηχανημάτων όπως οι αντλίες ή με τον κατάλληλο σχεδιασμό ( π.χ. δημιουργία οπών). Με τους τρόπους αυτούς μειώνεται ο χρόνος ανανέωσης και αποφεύγεται η δημιουργία περιοχών χαμηλής ροής και στροβιλισμών. Κατά τη συντήρηση των σκαφών, σημαντικές ποσότητες πετρελαίου, υφαλοχρωμάτων από τις βαφές των πλοίων και άλλων βλαβερών ουσιών μπορούν να εισχωρήσουν στο έδαφος του βυθού της θάλασσας ή ακόμα και να παραμείνουν στην επιφάνειά της. Τα χημικά και τα μέταλλα που περιέχονται στις βαφές μπορούν να καταλήξουν στο βυθό της θάλασσας. Επιπροσθέτως, τα συστατικά των καθαριστικών των σκαφών, όπως η χλωρίνη, η αμμωνία και το φωσφορικό άλας μπορούν να βλάψουν το πλαγκτόν και το νηκτόν. Από τις μηχανές ή κατά τη διάρκεια του ανεφοδιασμού των σκαφών μπορεί να απελευθερωθούν μικρές κηλίδες πετρελαίου οι οποίες περιέχουν υδρογονάνθρακες που είναι πιθανόν να αποτεθούν στο ίζημα. Όλα τα παραπάνω επηρρεάζουν αρνητικά τα υδάτινα οικοσυστήματα και τις βενθικές κοινωνίες που αποτελούν τη βάση της τροφικής αλυσίδας. 4

6 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Πολύ συχνά, η υπότιμηση του κινδύνου και η άγνοια του κοινού μπορούν να υποβαθμίσουν την ποιότητα του νερού, ειδικά σε μαρίνες που έχουν αυξημένη κίνηση, εξαιτίας της απελευθέρωσης των λυμάτων και των απορριμάτων των σκαφών. Τα βιολογικά απόβλητα από τα σκάφη προκαλούν μείωση της διαύγειας του νερού, το καθιστούν ακατάλληλο για αναψυχή, καταστρέφουν περιοχές με οστρακοειδή και γενικώς συνιστούν απειλή για τη δημόσια υγεία. Τα λύματα που απελευθερώνονται από τα σκάφη, μπορούν επιπλέον να προκαλέσουν αύξηση των φυκών η οποία με τη σειρά της μειώνει το διαθέσιμο οξυγόνο που είναι απαραίτητο στα ψάρια και στους υπόλοιπους οργανισμούς. Τέλος, η αποσύνθεση πολλών ψαριών την ίδια μέρα στο ίδιο μέρος προκαλεί προβλήματα στην ποιότητα του νερού, παρ όλο που τα νεκρά ψάρια είναι βιοαποδομήσιμα. Η φάση της επιλογής του σχεδιασμού του έργου είναι καθοριστική για την εξέλιξη της ποιότητας των υδάτων. Οι μαρίνες οι οποίες δεν έχουν σχεδιαστεί με σωστό τρόπο μπορούν να διαταράξουν τη φυσική κυκλοφορία του νερού με αποτέλεσμα την αλλοίωση της ακτογραμμής και την καταστροφή του οικοσυστήματος. Για να περιοριστούν οι δραστηριότητες που προκαλούν ρύπανση, οι μαρίνες πρέπει να χωροθετούνται και να κατασκευάζονται έτσι ώστε το νερό να ανανεώνεται με φυσικό τρόπο. Επίσης, σημαντικό είναι να παρακολουθείται και μετά την κατασκευή της μαρίνας, η κατάσταση των υδάτων και των ενδιαιτημάτων με σκοπό να προστατευτούν πολύτιμες οικολογικά περιοχές. Η υποβαθμισμένη ποιότητα των υδάτων σε μια μαρίνα μορεί να μην οφείλεται μόνο στις λειτουργίες του ίδιου του λιμένα. Οι μαρίνες μπορεί να επηρρεαστούν από διάφορες δραστηριότητες που πραγματοποιούνται στη χερσαία ζώνη που την περιβάλλει. Γεγονότα όπως η μεταφορά απορριμάτων μέσω του νερού της βροχής ή η χρήση λιπασμάτων υποβαθμίζουν την ποιότητα του νερού. Η παρακολούθηση των υδάτων και η εκτίμηση της κατάστασής τους είναι βασικές διαδικασίες για να καθοριστεί η ποιότητα του νερού που περιβάλλει τη μαρίνα. Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου είναι ένας καλός δείκτης της υγιεινής της μαρίνας. Μέσω του δείκτη αυτού, μπορεί να προσδιοριστεί αν υπάρχει αρκετό οξυγόνο για να καταναλώσουν τα ψάρια και οι υπόλοιποι υδρόβιοι οργανισμοί. Οι χαμηλές συγκεντρώσεις οξυγόνου υποδεικνύουν ότι υπάρχουν μεγάλες ποσότητες αποσυντιθέμενης ουσίας, πιθανώς πετρέλαιο ή άλλες ουσίες στην επιφάνεια του νερού που εμποδίζουν την αλληλεπίδραση με την ατμόσφαιρα. Σημαντικός δείκτης, επίσης, είναι η διαύγεια του νερού. Η διάβρωση, οι απορροές, τα άνθη των φυκών και το αιωρούμενο ίζημα αυξάνουν τη θολερότητα του νερού. Η διαφάνεια μπορεί να μετρηθεί με απλό και ανέξοδο εξοπλισμό. Η παρουσία παθογόνων οργανισμών στη στήλη του νερού και το ίζημα συνιστά απειλή για τη δημόσια υγεία. Μικροοργανισμοί όπως το Ε.coli και ο εντερόκοκκος βρίσκονται στις απεκκρίσεις των ανθρώπων και των ζώων. Για το λόγο αυτόν, πρέπει να πραγματοποιείται συχνά έλεγχος για να διαπιστώνεται αν το νερό είναι ασφαλές για κολύμβηση και άλλες δραστηριότητες αναψυχής. Η ανεπαρκής ανανέωση του νερού σε μια μαρίνα οφείλεται στη μη ικανοποιητική κυκλοφορία του. Η ελλειπής αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού συχνά οδηγεί σε περιβαλλοντικές οχλήσεις, για παράδειγμα έκλυση δυσοσμιών από 5

7 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ στάσιμες περιοχές, οι οποίες δεν μπορεί να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά με αποσπασματικά μέτρα (π.χ. διάνοιξη οπών για διευκόλυνση της κυκλοφορίας) μετά την κατασκευή της μαρίνας. Σε κάθε περίπτωση, η χωροθέτηση της μαρίνας πρέπει να εξασφαλίζει ικανοποιητική κυκλοφορία και επαρκή ανανέωση των νερών της με φυσικούς μηχανισμούς, όπως ο άνεμος, η παλίρροια, η διοχέτευση φυσικών ρευμάτων μέσα στη λεκάνη ή, σε σπανιότερες περιπτώσεις, με τεχνητά μέσα ( π.χ. άντληση νερού από την εξωτερική περιοχή) τα οποία όμως είναι ιδιαίτερα δαπανηρά. Εν κατακλείδει, για να αποτελούν οι λιμένες σκαφών αναψυχής επικερδείς επιχειρίσεις, πρέπει να λαμβάνονται όλα τα απαραίτητα μέτρα για την αποφυγή πρόκλησης δυσμενών επιπτώσεων στο φυσικό περιβάλλον και στο υδάτινο οικοσύστημα. 1. ΔΕΙΚΤΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ Η εκτίμηση της ποιότητας των υδάτων σε ημίκλειστες λιμενολεκάνες, χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει αν ο σχεδιασμός μιας μαρίνας μπορεί να οδηγήσει σε υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει παρακολούθηση της μαρίνας και των εξωτερικών της νερών προκατασκευαστικά αλλά και μετά την κατασκευή της, αριθμητικά μοντέλα και μετρήσεις χαρακτηριστικών ποιότητας νερού. Για μαρίνες με λίγες θέσεις ελλιμενισμού, το κόστος μπορεί να αποτρέψει από το να γίνει μια λεπτομερής εκτίμηση. Παρ όλα αυτά, πρέπει να επιδιώκεται πάντα μια προκατασκευαστική μελέτη για αποφυγή δυσμενών επιπτώσεων. 1.1 ΔΙΑΛΥΜΕΝΟ ΟΞΥΓΟΝΟ ΚΑΙ ΠΑΘΟΓΟΝΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ Δύο είναι οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται για να εκτιμηθεί η κατάσταση στην οποία βρίσκονται τα εσωτερικά και εξωτερικά νερά μιας μαρίνας. Ο ένας είναι το διαλυμένο οξυγόνο και ο άλλος οι παθογόνοι οργανισμοί. Εδώ και έναν αιώνα,οι επιστήμονες έχουν προσδιορίσει τα προβλήματα που προκαλούνται από τις χαμηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου στα επιφανειακά νερά. Τα πιο χαρακτηριστικά από αυτά είναι ότι το οικοσύστημα βρίσκεται σε κατάσταση ανισορροπίας, πολλαπλασιάζονται οι θάνατοι των ψαριών, επικρατούν δυσάρεστες οσμές και οπτική όχληση. Τα επίπεδα του διαλυμένου οξυγόνου χρησιμοποιούνται ως υποκατάστατη μεταβλητή για να ελεγχθεί η γενική υγεία του υδάτινου οικοσυστήματος. Επιπλέον, παθογόνοι μικροοργανισμοί, όπως το βακτήριο Escherichia coli και ο εντερόκοκκος, χρησιμοποιούνται ως δείκτες για να εκτιμηθεί ο κίνδυνος που επιφυλάσσει για την δημόσια υγεία η λήψη μολυσμένων υδάτων, μέσω κατανάλωσης οστρακοειδών ή κατά την κολύμβηση. Τρεις είναι οι σημαντικοί παράγοντες που υποστηρίζουν τη χρήση του διαλυμένου οξυγόνου ως δείκτη της ποιότητας των υδάτων της μαρίνας. Πρώτον, οι χαμηλές συγκεντρώσεις του θεωρούνται σημαντική απειλή για τα υδάτινα 6

8 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ οικοσυστήματα. Δεύτερον, το διαλυμένο οξυγόνο περιλαμβάνεται μεταξύ των μεταβλητών που έχουν υπολογιστεί στο παρελθόν με μεγάλη ακρίβεια. Ένας μέσος όρος της ποιότητας των υδάτων είναι εξαιρετικά χρήσιμος για την πρόβλεψη των επιπτώσεων από την κατασκευή μιας μαρίνας. Τέλος, το διαλυμένο οξυγόνο είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τη δομή και την παραγωγικότητα των κοινωνιών που ζουν στο ενδιαίτημα. Οι μαρίνες που γειτνιάζουν με οστρακοκαλλιέργειες αποτελούν πιθανές πηγές μόλυνσης των οστράκων. Η ύπαρξη μαρίνας ή άλλων πηγών αστικών λυμάτων κοντά σε ενδιαιτήματα οστράκων είναι πιθανό να οδηγήσει σε καταστροφή των κοινωνιών τους. Επιπλέον, πρέπει να ληφθούν υπ όψιν οι όμορες παραλίες οι οποίες χρησιμοποιούνται από λουόμενους για μπάνιο. Το βακτήριο Escherichia coli και ο εντερόκοκκος χρησιμοποιούνται ως δείκτες παθογόνων οργανισμών (ιών, βακτηρίων και παρασίτων) που πιθανόν να βρίσκονται στα αστικά λύματα. Αυτοί οι οργανισμοί-δείκτες χρησιμοποιούνται γιατί προς το παρόν δεν υπάρχει κανένα αξιόπιστο και οικονομικό τεστ για παθογόνους οργανισμούς. Η εκτίμηση της ποιότητας των υδάτων χρησιμεύει για να επιβεβαιώσει ότι η λειτουργία της μαρίνας δεν υπερβαίνει το μέτρο που έχει τέθει πριν την κατασκευή της σε συγκεντρώσεις παθογόνων οργανισμών. Για παράδειγμα, σε νερά τα οποία έχουν εγκριθεί για συλλογή οστράκων, η εκτίμηση της ποιότητας των υδάτων της μαρίνας μπορεί να χρησιμεύσει για να εντοπίσει πιθανές συγκεντρώσεις βακτηρίων στη στήλη του νερού οι οποίες υπερβαίνουν το ανώτατο επιτρεπτό όριο. Οι συγκεριμένοι δείκτες έχουν επιλεγεί λόγω της αποδεδειγμένης αποτελεσματικότητάς τους. Σε όλες τις περιπτώσεις που προτείνεται η χωροθέτηση και κατασκευή μιας μαρίνας απαιτείται πλέον η εκτίμηση της ποιότητας των υδάτων. Στις περιπτώσεις που οι μαρίνες είναι μικρές και δεν μπορούν να αντέξουν το κόστος της παρακολούθησης ή της εφαρμογής αριθμητικών μοντελων οφείλουν να διενεργήσουν μια προκατασκευαστική έρευνα. 1.2 ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ Οι δύο τεχνικές που είναι διαθέσιμες για τον υπολογισμό της ποιότητας των υδάτων μιας προτεινόμενης μαρίνας είναι πρώτον ένα πρόγραμμα παρακολούθησης των υδάτων το οποίο περιλαμβάνει τρεις φάσεις: μια πριν την κατασκευή, μια κατά την κατασκευή και μία μετά την κατασκευή και δεύτερον η χρήση υπολογιστικών μοντέλων. Στη δεύτερη τεχνική, αποτελεσματική εκτίμηση μπορεί να επιτευχθεί με την εφαρμογή αριθμητικών μοντέλων πριν την κατασκευή της μαρίνας και κατά τη λειτουργία της. Τα αριθμητικά μοντέλα μπορούν να χρησιμεύσουν στο να μελετηθούν οι επιπτώσεις σε συνάρτηση με διάφορες μεταβλητές και να επιλεγεί τελικά ο βέλτιστος σχεδιασμός μαρίνας με τον οποίο θα αποφευχθούν ή έστω θα ελαχιστοποιηθούν οι αρνητικές συνέπειες στο νερό αλλά και στα ενδιαιτήματα της περιοχής. Ένας συνδυασμός χαρτογράφησης του πεδίου και εφαρμογής αριθμητικών μοντέλων μπορεί να είναι απαραίτητος για να καθοριστούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις και να αποφευχθεί κάθε πιθανή υποβάθμιση. 7

9 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Μέθοδος παρακολούθησης ποιότητας υδάτων με σκοπό την πρόβλεψη των συνθηκών μετά την κατασκευή. Ένας πρωταρχικός στόχος της εκτίμησης της ποιότητας των υδάτων είναι να επιβεβαιώσει ότι ο 24ωρος μέσος όρος της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου και η στιγμιαία ελάχιστη συγκέντρωσή του στα εσωτερικά νερά της μαρίνας καθώς και στα εξωτερικά, δεν παραβιάζει τα πρότυπα που έχουν τεθεί. Σε πρώτη φάση παρατηρούνται και υπολογίζονται οι υπάρχουσες συνθήκες των υδάτων. Πριν, δηλαδή, από την ανάλυση των πιθανών δυσμενών επιπτώσεων που μπορεί να προκύψουν από την θεμελίωση της μαρίνας πρέπει να καθοριστεί αν η τρέχουσα κατάσταση της ποιότητας του νερού είναι δεκτή, οριακά δεκτή ή κατώτερη των προτύπων που έχουν τεθεί. Ο καλύτερος τρόπος για να εκτιμηθεί η υπάρχουσα ποιότητα των υδάτων, είναι να υπολογιστεί. Το δεύτερο βήμα είναι να τεθούν τα όρια για την ποιότητα των υδάτων. Συνήθως, το μέτρο για να υπολογίζεται η ποιότητα των υδάτων είναι η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου. Ο πιο σίγουρος τρόπος για να εκτιμηθούν οι επιδράσεις από την κατασκευή μιας μαρίνας στην ποιότητα των υδάτων είναι αφού οργανωθεί με ιδανικό τρόπο η δειγματοληψία, να μετρηθούν στη συνέχεια τα επίπεδα του διαλυμένου οξυγόνου. Κατά τη διάρκεια της δειγματοληψίας μπορούν να συλλεχθούν δεδομένα, όπως για παράδειγμα, οι απαιτήσεις του ιζήματος σε οξυγόνο, τα οποία μπορούν να χρησιμεύσουν για να υπολογιστούν τα επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου με την εφαρμογή αριθμητικών μοντέλων. Ο αποτελεσματικότερος τρόπος για να εκτιμηθούν οι επιπτώσεις της μαρίνας στα ύδατα είναι να οργανωθεί ένα σχέδιο δειγματοληψίας για να υπολογιστούν τα επίπεδα του διαλυμένου οξυγόνου. Ο κύριος στόχος της δειγματοληψίας πριν την κατασκευή είναι ο χαρακτηρισμός των υδάτων που περιβάλλουν την περιοχή της προτεινόμενης μαρίνας. Άλλη χρησιμότητα της προκατασκευαστικής δειγματοληψίας είναι ότι μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες για την εφαρμογή των αριθμητικών μοντέλων που θα ακολουθήσει Εφαρμογή υπολογιστικών μοντέλων για την πρόγνωση των συνθηκών μετά την κατασκευή Η παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων είναι δαπανηρή μέθοδος και επιπλέον η δημιουργία ενός πεδίου που να προσεγγίζει το πραγματικό περιβάλλον δεν είναι πάντα εφικτή. Η χρήση αριθμητικών μοντέλων είναι η οικονομικότερη εναλλακτική λύση. Απαιτεί όμως κι αυτή την ύπαρξη δεδομένων πεδίου για την δημιουργία και την επιλογή του κατάλληλου μοντέλου. Η ιδανική μέθοδος, πάντως, είναι ο συνδυασμός συλλογής δεδομένων πεδίου και εφαρμογής αριθμητικών μοντέλων. Τα αριθμητικά μοντέλα προβλέπουν το χρόνο ανανέωσης και τις συγκεντρώσεις ρυπογόνων ουσιών ελλείψει δεδομένων από το συγκεκριμένο χώρο. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των αριθμητικών μοντέλων σε σύγκριση με τις μελέτες παρακολούθησης είναι η δυνατότητα να εκτελούν γρήγορα αναλύσεις μεγάλης ευαισθησίας έτσι ώστε τα αποτελέσματά τους να καθορίσουν τα κριτήρια σχεδιασμού της μαρίνας. Τα αποδεκτά όρια της ποιότητας των υδάτων, οι ρυθμοί ανανέωσης και η ταχύτητα καθίζησης πρέπει να είναι γνωστά προτού τεθούν τα όρια των δεικτών 8

10 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ στα οποία θα συμμορφωθεί η μαρίνα. Τα αριθμητικά μοντέλα εφαρμόζονται για να αξιολογηθούν εναλλακτικά σχέδια και να επιλεγεί αυτό που θα απομακρύνει στο συντομότερο χρόνο τις ρυπογόνες ουσίες. Τα μοντέλα, επίσης, εφαρμόζονται για να εκτελέσουν αναλύσεις στο σχεδιασμό που τελικά επιλέγεται. Η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των Η.Π.Α. (Environmental Protection Agency) πρόσφατα παρουσίασε μια διεξοδική έκθεση για τα μοντέλα που εφαρμόζονται για να εκτιμηθεί η ποιότητα του νερού. Ο βασικός στόχος της μελέτης ήταν να υποδείξει ποιο υπολογιστικό μοντέλο είναι το καταλληλότερο να εφαρμοστεί για την πρόβλεψη των επιπτώσεων από την κατασκευή και λειτουργία της μαρίνας. Η συγκεκριμένη Υπηρεσία επανεξέτασε μια σειρά από διαθέσιμες μεθόδους και τις κατέταξαν σε τρεις κατηγορίες: απλές μέθοδοι, μέσης τεχνολογίας και πολύπλοκες. Οι απλές μέθοδοι είναι τεχνικές ανίχνευσης που παρέχουν πληροφορίες μόνο για τη μέση κατάσταση στη μαρίνα χωρίς να κάνουν χρονομεταβλητές προβλέψεις για την ποιότητα του νερού. Για το λόγο αυτό, συνιστάται αυτές οι μέθοδοι να εφαρμόζονται σε μαρίνες που βρίσκονται σε περιοχές με καλό ρυθμό ανανέωσης και ικανοποιητική ποιότητα των νερών. Επίσης, τα απλά μοντέλα δεν είναι κατάλληλα στους λιμένες που η ανανέωση επηρρεάζεται από τους επικρατούντες ανέμους κάτι που απαιτεί την εφαρμογή πιο προχωρημένων μοντέλων. Σε μαρίνες που ο ρυθμός ανανέωσης δεν είναι ικανοποιητικός ή σε όσες έχουν πολύπλοκο σχεδιασμό, μια πιο εξελιγμένη μέθοδος μπορεί να προσδιορίσει αν υπάρχουν περιοχές όπου τα πρότυπα της ποιότητας των υδάτων έχουν παραβιαστεί. Τα πολύπλοκα μοντέλα έχουν τη δυνατότητα να προβλέψουν τις συνθήκες του νερού σε συνάρτηση με το χρόνο και να παρουσιάσουν μια ολοκληρωμένη εικόνα για την ποιότητα του σε μια προτεινόμενη μαρίνα. Γενικά, τα εξελιγμένα μοντέλα είναι πιο αποτελεσματικά και καταλληλότερα από τις απλές μεθόδους ανίχνευσης στην εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων κατά το σχεδιασμό και τη χωροθέτηση της μαρίνας Εφαρμογή ελέγχου και εκτίμησης πριν την κατασκευή. Ο έλεγχος και η εκτίμηση της κατάστασης πριν την κατασκευή είναι πολύ προσιτές μέθοδοι όταν οι θέσεις ελλιμενισμού είναι από 10 ως 49. Η γνώση που αφορά την ποιότητα του νερού και τις υδροδυναμικές συνθήκες μπορούν να καθορίσουν τις πιθανές επιπτώσεις χρησιμοποιώντας τη διαθέσιμη πληροφορία και τη μελέτη της εκάστοτε τοποθεσίας 1.3 ΜΑΡΙΝΕΣ, ΜΠΕ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΛΑ Η εντυπωσιακή αύξηση του αριθμού των μαρινών οδηγεί σταθερά στην αύξηση του βαθμού δυσκολίας εντοπισμού νέων θέσεων με ικανοποιητικά χαρακτηριστικά. Υπάρχει μια σειρά από χαρακτηριστικά, κυρίως περιβαλλοντικά, τα οποία θα πρέπει να ικανοποιούνται για να γίνει αποδεκτή η χωροθέτηση μιας νέας μαρίνας. Ένα από τα σημαντικότερα αφορά τη ρύπανση, δηλ. την υποβάθμιση της ποιότητας των νερών (δυσμενής μεταβολή ποιοτικών χαρακτηριστικών, όπως το διαλυμένο οξυγόνο ή η θερμοκρασία) μέσα στη μαρίνα, σε σχέση με τα νερά έξω από τη μαρίνα. Oι βασικοί λόγοι υποβάθμισης της ποιότητας των νερών είναι (α) η ρύπανση που προέρχεται από τα σκάφη και την περιοχή που περιβάλλει τη μαρίνα και (β) η ανεπαρκής ανανέωση των νερών της μαρίνας. 9

11 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Για την κατασκευή μιας μαρίνας, σύμφωνα με τη νομοθεσία, απαιτείται η πραγματοποίηση Μελέτης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ). Στη ΜΠΕ εντοπίζονται τα πιθανά περιβαλλοντικά προβλήματα (π.χ. μη ικανοποιητική κυκλοφορία και ανανέωση νερών) από την κατασκευή της μαρίνας και προτείνονται μέθοδοι αντιμετώπισής τους. Συνήθως, τα περιβαλλοντικά προβλήματα δεν οφείλονται στον τεχνικό σχεδιασμό της μαρίνας, ο οποίος στις περισσότερες περιπτώσεις πραγματοποιείται ικανοποιητικά από τους μελετητές, αλλά στον ανεπαρκή περιβαλλοντικό σχεδιασμό της. Η αντιμετώπιση των πιθανών περιβαλλοντικών προβλημάτων πρέπει να γίνεται πριν από την κατασκευή της μαρίνας, δηλ. κατά τη φάση του σχεδιασμού. Έτσι, αποφεύγονται επεμβάσεις και αποσπασματικά μέτρα μετά την κατασκευή της μαρίνας, τα οποία συνήθως αποδεικνύονται δαπανηρά και όχι ιδιαίτερα αποτελεσματικά. Η αντιμετώπιση μπορεί να γίνει με τη βοήθεια Εργαστηριακών Μοντέλων (ΕΜ) ή Μαθηματικών Μοντέλων (ΜΜ) Εργαστηριακά Μοντέλα Τα ΕΜ παρέχουν πολύ σημαντικές πληροφορίες σχεδιασμού και σε ορισμένες περιπτώσεις κρίνεται απόλυτα αναγκαία η εφαρμογή τους. Όμως, παρουσιάζουν μια σειρά από μειονεκτήματα, όπως (α) το υψηλό κόστος κατασκευής, (β) ο σχετικά μεγάλος χρόνος υλοποίησης, (γ) οι σχετικά μεγάλες απαιτήσεις χώρου, (δ) η πολύ περιορισμένη ευελιξία μεταβολής διαφόρων παραμέτρων (π.χ. γεωμετρικών χαρακτηριστικών και χαρακτηριστικών ροής), (ε) η έλλειψη δυνατότητας χρησιμοποίησης ενός υπάρχοντος ΕΜ μαρίνας σε μια νέα μαρίνα και (στ) η μελέτη του προβλήματος σε διαφορετική διάσταση από την πραγματική Μαθηματικά Μοντέλα Με τα ΜΜ επιλύονται με τη βοήθεια Η/Υ οι βασικές εξισώσεις ροής (συνέχειας και κίνησης) και μεταφοράς-διάχυσης των ποιοτικών χαρακτηριστικών των νερών της μαρίνας και προσδιορίζεται η κυκλοφορία των νερών, η ανανέωσή τους, καθώς και η ποιοτική τους κατάσταση (ρύπανση). Σε σχέση με τα ΕΜ, τα ΜΜ έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως (α) το σχετικά μικρό κόστος κατάστρωσης στον ΗΥ, (β) ο μικρός χρόνος υλοποίησης, (γ) η μεγάλη ευελιξία στις μεταβολές των χαρακτηριστικών μιας μαρίνας (μπορεί να εξεταστούν μετατροπές στην προτεινόμενη γεωμετρία και προσανατολισμό της μαρίνας, που οδηγούν σε σημαντική βελτίωση των περιβαλλοντικών χαρακτηριστικών της μαρίνας, π.χ. αύξηση του ρυθμού ανανέωσης, (δ) η μελέτη του προβλήματος στην πραγματική του διάσταση κ.ά. Παράλληλα, όμως παρουσιάζουν και μειονεκτήματα, όπως (α) η απαίτηση υψηλού επιπέδου εξειδικευμένου δυναμικού (που δεν διατίθεται στα περισσότερα μελετητικά γραφεία) και (β) η ύπαρξη προβλημάτων κατά την επίλυση των πολύπλοκων διαφορικών εξισώσεων που διέπουν τη ροή και τη μεταφορά-διάχυση των ρύπων (πρόσθετες μαθηματικές δυσκολίες μπορεί να προέλθουν από τις χρησιμοποιούμενες αριθμητικές μεθόδους διακριτοποίησης και τις οριακές συνθήκες). Επίσης, κατά την κατάστρωση των εξισώσεων απαιτείται μια σειρά από παραδοχές, που αφορούν την περιγραφή (α) της τύρβης, (β) των φυσικών διεργασιών και (γ) των βιοχημικών διεργασιών. Η υιοθέτηση των παραδοχών αυτών βοηθείται σημαντικά από την ύπαρξη πειραματικών στοιχείων (π.χ. από ένα ΕΜ). 10

12 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 2. ΥΔΡΑΥΛΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΤΟΥ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟΥ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟΥ DILA ΣΤΗ ΛΙΒΥΗ Η κατασκευη αλιευτικών καταφυγίων και μαρίνων στις ακτές της Μεσογείου προκαλεί αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις οι οποίες οφείλονται σε: Εγκλωβισμό του νερού σε ημίκλειστες λεκάνες με στενή είσοδο, η οποία εξυπηρετεί στο να εμποδίσει τους κυματισμούς να εισέλθουν σε αυτές μέσω της διάθλασης. Μικρά βάθη στο εσωτερικό της λεκάνης και υπερθέρμανση του νερού ειδικά κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Βαριά ανθρωπογενή ρύπανση, ειδικά κατά τις περιόδους αιχμής, από λύματα που εκχέονται από τα αγκυροβολημένα σκάφη. Μικρό εύρος παλίρροιας και μικρός ρυθμός ανανέωσης των υδάτων των λεκανών ( σε αντίθεση με τις μαρίνες στον Ατλαντικό). Η λεπτομερής στατιστική έρευνα της εξέλιξης της ποιότητας των υδάτων σε μια λιμενολεκάνη απαιτεί την δημιουργία μιας συνθετικής χρονοσειράς των χρόνων ανανέωσης των υδάτων κατά τη διάρκεια του έτους.ο χρόνος ανανέωσης ορίζεται ως Τ= V/Q όπου Q είναι ο ρυθμός ανταλλαγής ( m 3 /μέρα) και V ο όγκος της λεκάνης ( m 3 ). Τα πιο σημαντικά στοιχεία που συνθέτουν τον χρόνο ανανέωσης είναι: Η διακύμανση της στάθμης της θάλασσας λόγω παλίρροιας Η κίνηση από την ώθηση του ανέμου Στην παρακάτω ανάλυση οι ετήσιες τιμές των στοιχείων που συνθέτουν τον χρόνο ανανέωσης είναι υποθετικές. Για να εκτιμήσουμε το χρόνο ανανέωσης εφαρμόζεται ένα ψευδο- τρισδιάστατο μοντέλο κυκλοφορίας ώστε να προσομοιώσει την κυκλοφορία απ την ώθηση του ανέμου στο αλιευτικό καταφύγιο DILA. Επίσης προσομοιώνεται, χρησιμοποιώντας ένα διδιάστατο οριζόντιο μαθηματικό μοντέλο, η κυκλοφορία του νερού και η ανανέωση της λιμενολεκάνης που οφείλεται σε τοπική ή κατανεμημένη εισροή καθαρού νερού αντλούμενο από μια αντλία. 11

13 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 2.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ WINDCIR Διδιάστατο οριζόντιο, μέσου βάθους μοντέλο κυκλοφορίας Επειδή οι οριζόντιες διαστάσεις είναι πολύ μεγάλες σε σχέση με τις κατακόρυφες σε κλειστά σώματα νερού, οι κατακόρυφες ταχύτητες και επιταχύνσεις είναι μικρές σε σχέση με τις οριζόντιες συνιστώσες. Γι αυτό οι κατακόρυφες εξισώσεις κίνησης μπορούν να αντικατασταθούν με μεγάλη προσέγγιση από την υδροστατική πίεση. Απ αυτήν την αντικατάσταση οι εξισώσεις Navier-stokes παίρνουν τη μορφή: ζ + t x ( Uh) ( Vh) + y = 0 U U U ζ + U + V + g t x y x = 1 U 1 U sx bx νh h νh h fv τ τ h x x h y y ρh ρh V V V ζ + U + V + g = t x y y 1 V 1 V τsy τby νh h + νh h fu + h x x h y y ρh ρh (1) Όπου ζ είναι η ανύψωση της επιφάνειας του νερού από το μέση στάθμη του νερού, d είναι το βάθος του νερού, h είναι το συνολικό βάθος νερού (h=d+ζ), U και V είναι οι συνιστώσες της ταχύτητας κατά x και y αντίστοιχα σε μέσο βάθος, f είναι η παράμετρος Coriolis, v h ο τυρβωδης συντελεστης ιξωδους και τ sx και τ sy είναι οι x και y συνιστώσες της διατμητικής τάσης στην επιφάνεια του νερού τ =ρkw W + W 2 2 sx x x y τ =ρkw W + W 2 2 sy y x y (2) 12

14 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Όπου k είναι ο συντελεστής τριβής της επιφάνειας [ kg/ m 3 ] συνήθως τάξης μεγέθους 10-6 ( εδώ υποθέτουμε ότι k= ) και W x και W y είναι η ταχύτητα του ανέμου κατά x και y κατεύθυνση αντίστοιχα [m/s] Ομοίως, οι αντίστοιχοι όροι για την τριβή του πυθμένα (τ bx, τ by ), εκφράζονται μέσα από δευτεροβάθμιες εξισώσεις ως εξής: 1 τ bx = ρfcu U +V τ by = ρfc V U +V 2 (3) Όπου f c είναι ο συντελεστής τριβής του βυθού. 2g f c = c 2 c (4) Όπου c c είναι ο συντελεστής Chezy (c c =10 50 m 1/2 /s ) Ο οριζόντιος συντελεστής του ιξώδους δίνεται από το γνωστό τύπο Smagorinsky (ο οποίος χρησιμοποιείται για την προσομοίωση της απώλειας λόγω στροβίλων που είναι μικρότεροι από το χωρικό βήμα διακριτοποίησης) U V 1 U V νh = x y y x 1/2 (5) Όπου l είναι το μήκος ανάμειξης, l = 0.5Δχ Ψευδοτρισδιάστατο μοντέλο κυκλοφορίας Το πλεονέκτημα του μοντέλου αυτού είναι ότι μπορεί να προβλέψει την κατανομή του ρεύματος σε κάθε βάθος καθώς επίσης και την δομή του ρεύματος σε μέσο βάθος. Οι εξισώσεις κίνησης κατά τους άξονες x και y και η συνέχεια της μάζας έχουν απλοποιηθεί από τις υποθέσεις: α) ότι το νερό είναι ασυμπίεστο και ομογενές και β) η ροή είναι ψευδοϋδροστατική. Η δεύτερη υπόθεση βασίζεται στο γεγονός ότι η οριζόντια διάσταση του πεδίου ροής είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από την κατακόρυφη διάσταση (βάθος). Είναι επομένως ρεαλιστικό να υποθέσουμε ότι η ροή είναι σχεδόν οριζόντια. Αυτό απλοποιεί το μοντέλο εξαιρώντας την παράμετρο w της κατακόρυφης ταχύτητας από τους αγνώστους των κύριων εξισώσεων οδηγώντας σε μια κατανομή υδροστατικής πιεσης. Για να συμπεριλάβουμε τις 13

15 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ επιδράσεις της μη ομοιόμορφης ταχύτητας στον κατακόρυφο άξονα, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις άνεμογενούς κυκλοφορίας,θεωρούμε μια παραβολική μορφή ταχύτητας στον κατακόρυφο άξονα της οποίας οι συντελεστές καθορίζονται από τις οριακές συνθήκες στην επιφάνεια και στον πυθμένα. Η μορφή της ταχύτητας ορίζεται ως εξής: 4 ρ ντ 2 h ρντ h 2 3 τsxh 3 z τsxh z u(z)= - U τ h τ h 4 ρντ 2 h ρ ντ h 2 3 sy 3 z sy z v(z)= - V (6) Όπου ο z άξονας ξεκινάει από την επιφάνεια του νερού και v τ είναι ο συντελεστής του ιξώδους του στροβιλισμού στον κάθετο άξονα. Θεωρούμε σταθερό ιξώδες στροβιλισμού για να είναι συμβατό με την παραβολική μορφή της ταχύτητας το οποίο έχει υπολογιστεί από τον Κουτίτα: ν τ =λh τs ρ + τb ρ (7) όπου λ είναι ο συντελεστής που χαρακτηρίζει την ένταση της αναταραχής ο οποίος είναι της τάξης του Ο(λ)= 0,1 (εδώ θεωρούμε τιμή λ=0,09) Βασιζόμενοι στην κατανομή των συνιστωσών της ταχύτητας οι οποίες δίνονται από τις εξισώσεις 6, μπορούν να εκτιμηθούν οι όροι μεταφορας. Το διδιάστατο μοντέλο, βελτιωμένο σε ότι αφορά την διασπορά της οριζόντιας ορμής και την τριβή πυθμένα, για την κυκλοφορία που δημιουργείται από τον άνεμο γίνεται (Κουτίτας,1988): ζ + t x ( Uh) ( Vh) + y = 0 U τsx h U τsy h U ζ U V + + g = t 40ρντ x 40ρντ y x 14

16 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 1 U 1 U τsx τ bx U τsx τ sx νhh + νhh + fv + 3 λ 0.5 h x x h y y ρh ρh h ρ ρh V τsx h V τsy h V ζ U V + + g = t 40ρντ x 40ρντ y y 1 V 1 V τsy τ by V τsy τ sy νhh + νhh fu + 3 λ 0.5 h x x h y y ρh ρh h ρ ρh (8) Η αριθμητική επίλυση επιτυγχάνεται από ένα ευρέως χρισιμοποιούμενο, απλό και καλά τεκμηριωμένο ρητό σχήμα πεπερασμένων διαφορών, κεντρικά στο χώρο και εμπρόσθιο στο χρόνο σύμφωνα με το έκκεντρο πλέγμα που απεικονίζεται στο σχήμα 1. Το αριθμητικό σχήμα διατηρεί σε ικανοποιητικό βαθμό την αρχή διατήρησης της μάζας. Η διακριτοποιημένη εξίσωση συνέχειας έχει κέντρο τα σημεία ανύψωσης και η εξίσωση της ορμής έχει κέντρο τα σημεία ροής. Για τις δύο οριζόντιες διαστάσεις οι διαφορικές εξισώσεις 8 βρίσκονται προσεγγιστικά από τις ακόλουθες εξισώσεις πεπερασμένων διαφορών σύμφωνα με το σχεδιάγραμμα του Σχ. 1 ( Κουτίτας, 1988). Σχήμα 1: Έκκεντρος κάναβος Πεπερασμένων Διαφορών 15

17 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ n+1 n n n n n ζ i -ζ (U (d+ζ)) i i+1,j-(u (d+ζ)) i,j (V (d+ζ)) i,j+1-(v (d+ζ)) i,j + + =0 Δt Δx Δy U -U U -U U -U ζ -ζ n+1 n n n n n n+1 n+1 i,j i,j n i+1,j i-1,j n i,j+1 i,j-1 i,j i-1,j +U i,j +V i,j +g Δt 2Δx 2Δy Δx n n n n n n Ui+1,j-2 U i,j +Ui-1,j Ui,j+1-2 U i,j +Ui,j-1 τsy τby +ν h +ν 2 h Δx Δy ρh ρh n n+1 n n n n n n+1 n+1 Vi,j -Vi,j Ui+1,j-U n i-1,j U n i,j+1-ui,j-1 ζi,j -ζ i,j-1 +U i,j +V i,j +g = Δt 2Δx 2Δy Δy n n n n n n Vi+1,j -2 V i,j+vi-1,j Vi,j+1-2 V i,j+vi,j-1 τsx τbx ν h +ν 2 h Δx Δy ρh ρh n (9) Όπου οι δείκτες i,j αντιστοιχούν στους άξονες x, y και ο δείκτης n στον χρόνο. n i+ 1, j n n ( i, j i+ 1, j) ( d +ζ ) = ( d +ζ ) + ( d +ζ) /2 n i, j n n ( i, j i 1, j) Ud ( +ζ ) = U ( d+ζ ) + ( d+ζ ) /2 n i, j+ 1 n n ( i, j i, j+ 1) ( d +ζ ) = ( d +ζ ) + ( d +ζ) /2 n i, j n n ( i, j i, j 1) V( d +ζ ) = V ( d +ζ ) + ( d +ζ ) /2 n n n n ( ) n i,j i,j i+1,j i,j-1 i+1,j-1 U = U +U +U +U /4 n n n n ( ) n i,j i,j i,j+1 i-1,j i-1,j+1 V = V +V +V +V /4 Η οριακή συνθήκη της ολικής ανάκλασης, δηλαδή U=0, V=0, ζ/ n=0 ( όπου n είναι το μοναδιαίο κάθετο διάνυσμα στο όριο), περιλαμβάνεται στο μοντέλο στις περιοχές που υπάρχουν κάθετες κατασκευές ή ακτές. 16

18 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Καθώς πραγματοποιούνται οι υπολογισμοί, η κινητική ενέργεια ανά μονάδα πυκνότητας που περιέχεται στην λεκάνη, υπολογίζεται σε κάθε βήμα προσθέτοντας τα τετράγωνα των συνιστωσών U και V της ταχύτητας του πλέγματος σημείων. 2 2 h n n n ij E = ( Uij ) ( Vij ) x y κιν + (10) 2 i j Κατάσταση σταθερότητας επιτυγχάνεται όταν ο λόγος μεταξύ της διαφοράς της κινητικής ενέργειας ανάμεσα στα βήματα φτάσει σε ορισμένη ακρίβεια (συνήθως ). 2.2 ΥΔΡΑΥΛΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΣΤΟ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ DILA Το ψευδοτρισδιάστατο μοντέλο που περιγράφηκε παραπάνω, χρησιμοποιήθηκε για να προσομοιώσει την κυκλοφορία που προκαλείται από τον άνεμο στο αλιευτικό καταφύγιο DILA με σκοπό να υπολογιστεί ο χρόνος ανανέωσης. Η λεπτομερής στατιστική εξέταση της εξέλιξης της ποιότητας του νερού στη λεκάνη απαιτεί την δημιουργία μιας συνθετικής χρονοσειράς χρόνων ανανέωσης (ή ρυθμών) κατά την διάρκεια του έτους. Ο χρόνος ανανέωσης ορίζεται ως: T V = (11) Q Όπου Q είναι ο ρυθμός ανταλλαγής (σε m 3 /day) και V ο όγκος της λεκάνης (σε m 3 ). Τα πιο σημαντικά στοιχεία που συνθέτουν τον T είναι: Οι παλιρροιακές μεταβολές της στάθμης της θάλασσας. Η ροή που δημιουργείται από τον άνεμο. Στην παρακάτω ανάλυση, οι ετήσιες τιμές των στοιχείων του χρόνου ανανέωσης είναι υποθετικές. Τo βήμα χρόνου είναι ίσο με Δt= 0.05 sec και τα χωρικά βήματα διακριτοποίησης είναι ίσα με x = y =2.5 m. Οι μέγιστες τιμές των i, j δεικτών στον x και y άξονα αντίστοιχα ήταν im=280 και jm=. Έτσι, το πεδίο υπολογισμού αποτελείται από ένα πλέγμα 280 ή μια περιοχή 700 m x m. Το βάθος του νερού στο πεδίο input του μοντέλου λαμβάνεται από την διακριτοποίηση του χάρτη του αλιευτικού καταφυγίου. 17

19 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Η παρούσα ανάλυση δεν περιλαμβάνει την δημιουργία κυκλοφορίας από θραύση κυματισμών. Κάτω από τις τρεις κατευθύνσεις Β, Α των κυματισμών (ΒΒΑ, ΒΑ, ΑΒΑ) τα θραυόμενα κύματα γεννούν ρεύματα παράλληλα προς την ακτή με κατεύθυνση την είσοδο της λεκάνης. Παρόλ αυτά ακόμα και στην περίπτωση ψηλών κυμάτων (με H S 4,5 m και ετήσια συχνότητα μόνο 0,17 %) το πλάτος της ζώνης θραύσης είναι περίπου m. Επομένως, το ρεύμα που δημιουργείται παράλληλα στην ακτή δεν μπορεί να συμβάλλει στο χρόνο ανανέωσης αφού η είσοδος της λεκάνης βρίσκεται σχεδόν έξω από την ζώνη θραύσης Παλιρροιακές μεταβολές της στάθμης της θάλασσας Τα λιμάνια της Μεσογείου σε αντίθεση με αυτά στον Ατλαντικό έχουν περιορισμένο ρυθμό ανανέωσης λόγω του μικρού εύρους της παλίρροιας. Το πρίσμα της παλίρροιας ορίζεται ως το γινόμενο της επιφάνειας της εσωτερικής λεκάνης S επί το εύρος της παλίρροιας R που κυμαίνεται μεταξύ παλίρροιας συζυγιών και τετραγωνισμών. Η μέση έκταση που καταλαμβάνει η παλίρροια των συζυγιών είναι της τάξης των 0,3 μέτρων (Α = 0,3 μέτρα). Αφού η παλίρροια Μ 2 έχει περίοδο 12,3 hrs ο αναμενόμενος,παραγόμενος από την παλίρροια, χρόνος ανανέωσης είναι ( σε ημέρες): T tide V = 2 AS ( (12) Ο όγκος της εσωτερικής λεκάνης είναι V=157 m 3 και η επιφάνεια είναι ίση με S=30 m 2 και αντικαθιστώντας στην εξίσωση 12 παίρνουμε: T tide = d 2 x0.3 x30 = Ανανέωση λόγω ανεμογενούς κυκλοφορίας Κατά την επίδραση του ανέμου, το εξωτερικό ρεύμα μπορεί να κινητοποιήσει μέσα από την είσοδο του λιμανιού την μάζα του νερού της λεκάνης, αυξάνοντας τον ρυθμό ανανέωσης ( μειώνοντας τον χρόνο εισροής). Κοντά στην είσοδο της λεκάνης, η διάτμηση της επιφάνειας που προκαλείται από τον άνεμο παράγει μια ταχύτητα επιφανειακού ρεύματος ενώ η ροή επιστροφής γεννά ένα υποεπιφανειακό ρεύμα. Η διευθυνσή της ροής που επιστρέφει βρίσκεται περίπου στο 1/3 h από την επιφάνεια. Η τρισδιάστατη κυκλοφορία που περιγράφεται παραπάνω, και προκαλείται από τον άνεμο, μπορεί να προσομοιωθεί χρησιμοποιώντας το παραπάνω περιγραφόμενο ψευδοτρισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο ανεμογενούς κυκλοφορίας. 18

20 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Η κατανομή της οριζόντιας ταχύτητας δίνεται από τις εξισώσεις 6. Ο ρυθμός ανταλλαγής Q υπολογίζεται με το ολοκλήρωμα: ζ Q = B u( z) dz (13) d Όπου Β είναι το πλάτος της εισόδου. Ο σύνθετος συνολικός χρόνος ανανέωσης Τ total ( δηλαδή ο συνολικός μέσος ετήσιος χρόνος ανανέωσης) είναι: T total 1 = 1 T i i Όπου T i είναι ο χρόνος ανανέωσης που αντιστοιχεί σε κάθε διεύθυνση του ανέμου. Ο χρόνος ανανέωσης για κάθε διεύθυνση του ανέμου δίνεται από τη σχέση: T i = V f Q i i Όπου f i είναι η ετήσια συχνότητα εμφάνισης του ανέμου. Οι ρυθμοί ροής στο άνοιγμα Qi, για κάθε διεύθυνση του ανέμου, υπολογίζονται από το αριθμητικό μοντέλο μετά από 16 εφαρμογές. Στις εφαρμογές υιοθετούμε μια μέση ταχύτητα ανέμου, την W_mean, αντιπροσωπευτική για κάθε διεύθυνση, που υπολογίζεται από τη σχέση: W _ mean= 16 i 16 i f i W i f i Σύμφωνα με τις ισχύουσες στατιστικές για τον άνεμο έξω από την περιοχή Garabulli παίρνουμε τις ακόλουθες μέσες ταχύτητες του ανέμου: Β άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 2,45 6,86 W_mean (m/s) 19

21 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 7,95 4,33 34, ,35 0,91 11, ,76 11,4 ΣΥΝΟΛΟ 8,45 63,922 7, ΒΒΑ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,23 3,444 7,95 2,43 19, ,35 0,48 5, ,34 5,1 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 4,48 33,7905 7, ΒΑ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,72 4,816 7,95 2,67 21, ,35 0,41 5, ,33 4,95 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 5,13 36,056 7,02846 ΑΒΑ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 0,94 2,632 7,95 1,9 15,105 W_mean (m/s) 20

22 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 12,35 0,36 4, ,31 4,65 ΣΥΝΟΛΟ 3,51 26,833 7, Α άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,97 5,516 7,95 4,04 32,118 12,35 1,06 13, ,8 12 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 7,87 62,725 7,97014 ΑΝΑ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,15 3,22 7,95 2,94 23,373 12,35 0,76 9, ,82 12,3 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 5,67 48,279 8, ΝΑ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,46 4,088 7,95 3,76 29,892 12,35 0,9 11,115 W_mean (m/s) 21

23 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 15 0,82 12,3 ΣΥΝΟΛΟ 6,94 57,395 8, ΝΝΑ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 0,8 2,24 7,95 2,27 18, ,35 0,6 7, ,42 6,3 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 4,09 33,9965 8, Ν άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,4 3,92 7,95 2,83 22, ,35 0,56 6, ,29 4,35 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 5,08 37,6845 7, ΝΝΔ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 0,72 2,016 7,95 1,59 12, ,35 0,29 3, ,19 2,85 W_mean (m/s) 22

24 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΣΥΝΟΛΟ 2,79 21,088 7, ΝΔ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 0,94 2,632 7,95 1,8 14,31 12,35 0,42 5, ,29 4,35 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 3,45 26,479 7, ΔΝΔ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 0,6 1,68 7,95 1,54 12,243 12,35 0,49 6, ,44 6,6 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 3,07 26,5745 8, Δ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,46 4,088 7,95 3,42 27,189 12,35 0,97 11, ,29 19,35 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 7,14 62,6065 8,

25 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΒΔ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 2,08 5,824 7,95 5,27 41, ,35 1,83 22, ,8 27 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 10,98 97,321 8, ΒΒΔ άνεμος W (m/s) f (%) f W 2,8 1,45 4,06 7,95 3,99 31, ,35 1,05 12, ,08 16,2 W_mean (m/s) ΣΥΝΟΛΟ 7,57 64,948 8, Τα πεδία της ταχύτητας (επιφανειακή ταχύτητα, ταχύτητα κοντά στον πυθμένα και η ταχύτητα στο μέσο βάθος) παρουσιάζονται στα σχήματα Οι ρυθμοί ανταλλαγής στο άνοιγμα ( υπολογισμένοι από τα αποτελέσματα του αριθμητικού μοντέλου) και οι χρόνοι ανανέωσης δίνονται στον παρακάτω πίνακα : 24

26 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Άνεμος Συχνότητα Ρυθμός Χρόνος Συνολικός εμφάνισης f ανταλλαγής ανανέωσης χρόνος Q i (m 3 /day) (μέρες) ανανέωσης T i = V f Q i i (μέρες) T total 1 = 1 T i i Β 8,44 ΒΒΑ 4,48 ΒΑ 5,14 ΑΒΑ 3, , , , ,0 Α 7, ,1 ΑΝΑ 5,68 ΝΑ 6,94 ΝΝΑ 4,09 Ν 5,07 ΝΝΔ 2,79 ΝΔ 3,44 ΔΝΔ 3,07 Δ 7,14 ΔΒΔ 6,61 ΒΔ 10,99 ΒΒΔ 7, ,1 5672, , , , , , , , , ,0 20, ΣΥΝΘΕΤΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ 25

27 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Ο σύνθετος χρόνος ανανέωσης ( δηλαδή υδραυλικός χρόνος ανανέωσης) είναι: ο συνολικός ετήσιος μέσος T total 1 1 = = = 5.48days T 20, i i Το αποτέλεσμα αυτό δεν μπορεί να θεωρηθεί ικανοποιητικό. 2.4 ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΤΛΙΩΝ (ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗ ΑΝΑΝΕΩΣΗ) Το χαμηλό κόστος των σύγχρονων αντλιών μπορεί να πραγματοποιήσει την εξαναγκασμένη ανανέωση μιας λιμενολεκάνης μέσω σταθερών ή κινητών αντλιών. Είναι προτιμότερο για λιμάνια με όγκο λεκάνης της τάξης m 3 να χρησιμοποιούνται αντλίες με παροχή της τάξης 1 m 3 /sec, για ανανέωση της λεκάνης, όταν αυτό θεωρείται αναγκαίο (π.χ. κατά την διάρκεια του καλοκαιριού). Εδώ υπολογίζεται, χρησιμοποιώντας το διδιάστατο οριζόντιο μοντέλο κυκλοφορίας για μέσο βάθος που περιγράφηκε παραπάνω (2DH), η κυκλοφορία του νερού και η ανανέωση στην λιμενολεκάνη η οποία οφείλεται σε τοπική ή κατανεμημένη εισροή καθαρού νερού με χρήση αντλίας. Είναι δυνατόν να εφαρμόσουμε αντλία με μία παροχή και αντλία με δύο παροχές. Ο αντίστοιχος χρόνος ανανέωσης υπολογίζεται: T pump =1,8 days καλοκαιριού. Το αποτέλεσμα αυτό είναι μία σημαντική βελτίωση ειδικά κατά τη διάρκεια του Παρόλο που ο χρόνος ανανέωσης είναι ο ίδιος η τελευταία περίπτωση είναι πιο αποδοτική αφού δεν υπάρχουν περιοχές με χαμηλά πεδία ταχύτητας όπως στην περίπτωση της αντλίας με μία παροχή. 26

28 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 27

29 y (m) m/s x (m) Σχήμα 2 α. Βόρειος άνεμος: Επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 28

30 0.02 m/s Σχήμα 2β. Β. άνεμος: Πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα 29

31 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 2γ.Β. άνεμος: Πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος 30

32 y (m) m/s x (m) Σχήμα 3α. Β-ΒΑ άνεμος:επιφανειακό πεδίο ταχύτητας 31

33 0.02 m/s Σχήμα 3β. Β-ΒΑ άνεμος: ταχύτητα κοντά στον πυθμένα 32

34 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 3γ. Β-ΒΑ άνεμος: ταχύτητα σε μέσο βάθος 33

35 y (m) m/s x (m) Σχήμα 4α. ΒΑ άνεμος: Επιφανειακό πεδίο ταχύτητας 34

36 0.02 m/s Σχήμα 4β.ΒΑ άνεμος: Πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα 35

37 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 4γ. ΒΑ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος 36

38 y (m) m/s x (m) Σχήμα 5α. ΑΒΑ: Επιφανειακό πεδίο ταχύτητας 37

39 0.02 m/s Σχήμα 5β. ΑΒΑ: Πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 38

40 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 5γ. ΑΒΑ: Πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 39

41 y (m) m/s x (m) Σχήμα 6α. Α. άνεμος: Επιφανειακό πεδίο ταχύτητας 40

42 0.02 m/s Σχήμα 6β. Α. άνεμος: Πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 41

43 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 6γ. Α. άνεμος: Πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 42

44 y (m) m/s x (m) Σχήμα 7α. ΑΝΑ: Επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 43

45 0.02 m/s Σχήμα 7β. ΑΝΑ: Πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 44

46 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 7γ. ΑΝΑ άνεμος: Πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 45

47 y (m) m/s x (m) Σχήμα 8α. ΝΑ άνεμος: Επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 46

48 0.02 m/s Σχήμα 8β. ΝΑ άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 47

49 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 8γ. ΝΑ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 48

50 y (m) m/s x (m) Σχήμα 9α. ΝΝΑ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας 49

51 ; 0.02 m/s Σχήμα 9β. ΝΝΑ: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 50

52 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 9γ. ΝΝΑ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 51

53 y (m) m/s x (m) Σχήμα 10α. Ν.άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 52

54 0.02 m/s Σχήμα 10β. Ν. άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 53

55 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 10γ. Ν. άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 54

56 y (m) m/s x (m) Σχήμα 11α. ΝΝΔ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 55

57 0.02 m/s Σχήμα 11β. ΝΝΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 56

58 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 11γ. ΝΝΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 57

59 y (m) m/s x (m) Σχήμα 12α. ΝΔ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 58

60 0.02 m/s Σχήμα 12β. ΝΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 59

61 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 12γ. ΝΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 60

62 y (m) m/s x (m) Σχήμα 13α. ΔΝΔ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 61

63 0.02 m/s Σχήμα 13β. ΔΝΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 62

64 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 13γ. ΔΝΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 63

65 y (m) m/s x (m) Σχήμα 14α. Δ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 64

66 0.02 m/s Σχήμα 14β. Δ άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 65

67 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 14γ. Δ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 66

68 y (m) m/s x (m) Σχήμα 15α. ΔΒΔ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας. 67

69 0.02 m/s Σχήμα 15β. ΔΒΔ: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 68

70 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 15γ. ΔΒΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 69

71 y (m) m/s x (m) Σχήμα 16α. ΒΔ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας 70

72 0.02 m/s Σχήμα 16β. ΒΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 71

73 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 16γ. ΒΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 72

74 y (m) m/s x (m) Σχήμα 17α. ΒΒΔ άνεμος: επιφανειακό πεδίο ταχύτητας 73

75 0.02 m/s Σχήμα 17β. ΒΒΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας κοντά στον πυθμένα. 74

76 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 17γ. ΒΒΔ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 75

77 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 3. ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΔΥΟ ΟΠΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ Η κατασκευή δύο εισόδων έχει επίσης θεωρηθεί ως μία εναλλακτική λύση. Αυτές οι είσοδοι έχουν μια ορθογώνια διατομή με πλάτος ίσο με 3 μέτρα και ύψος νερού ίσο με 2 μέτρα. Οι είσοδοι παρουσιάζονται στο σχήμα στους αριθμούς 2 και 3. Για να εξετάσουμε τις επιπτώσεις των δύο εισόδων στην ανανέωση του νερού οι υπολογισμοί των πεδίων ροής εκτελούνται χρησιμοποιώντας το παραπάνω περιγραφόμενο αριθμητικό μοντέλο Q3D. Τα πεδία ταχύτητας παρουσιάζονται στα σχήματα Η διάνοιξη δύο εισόδων έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση του ρυθμού ροής του νερού που περνάει μέσα από το εσωτερικό της μαρίνας. Οι ρυθμοί ροής στο άνοιγμα (υπολογισμένοι από τα αποτελέσματα του αριθμητικού μοντέλου) και οι χρόνοι ανανέωσης δίνονται στον παρακάτω πίνακα : Άνεμος Συχνότητα Ρυθμός Χρόνος Συνολικός 76

78 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ εμφάνισης f ανταλλαγής ανανέωσης χρόνος Q i (m 3 /day) (μέρες) ανανέωσης T i = V f Q i i T total (μέρες) 1 = 1 T i i Β 8, ,4 ΒΒΑ 4, ,7 ΒΑ 5, ,0 ΑΒΑ 3, ,9 Α 7, ,6 ΑΝΑ 5, ,9 ΝΑ 6, ,8 9,17 ΝΝΑ 4, ,3 Ν 5, ,9 ΝΝΔ 2, ,9 ΝΔ 3, ,8 ΔΝΔ 3, ,4 Δ 7, ,5 ΔΒΔ 6, ,6 ΒΔ 10, ,9 ΒΒΔ 7, ,8 Η ύπαρξη δύο εισόδων έχει σαν αποτέλεσμα να μειωθεί σημαντικά ο χρόνος ανανέωσης. Ο σύνθετος χρόνος ανανέωσης T total ( δηλαδή ο συνολικός ετήσιος μέσος υδραυλικός χρόνος ανανέωσης ) γίνεται: 77

79 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΡΟΝΟΥ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΥΔΑΤΩΝ ΣΕ ΑΛΙΕΥΤΙΚΟ ΚΑΤΑΦΥΓΙΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ T total 1 1 = = = 4.1days T 9, i i Το αποτέλεσμα αυτό είναι μια σημαντική βελτίωση. 78

80 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 18. Κατασκευή με δύο εισόδους, Β. άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος 79

81 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 19. Κατασκευή με δύο εισόδους,ββα άνεμος:πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος. 80

82 y (m) 0.01 m/s x (m) Σχήμα 20. Κατασκευή με δύο εισόδους, ΒΑ άνεμος: πεδίο ταχύτητας σε μέσο βάθος 81