ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΤΩΝ ΝΕΡΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΞΑΠΛΩΣΗΣ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΣΤΟ ΘΕΡΜΑΪΚΟ ΚΟΛΠΟ

Transcript

1 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΤΩΝ ΝΕΡΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΞΑΠΛΩΣΗΣ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΣΤΟ ΘΕΡΜΑΪΚΟ ΚΟΛΠΟ Σαββίδης Γ. 1, Αλβανού Λ. 2 1 Τμήμα Τεχνολογίας Αλιείας και Υδατοκαλλιεργειών, Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλονίκης, Παράρτημα Νέα Μουδανιά Χαλκιδικής, savvidis@aqua.teithe.gr 2 Φορέας Διαχείρισης Δέλτα Αξιού Λουδία-Αλιάκμονα, Χαλάστρα, lydia.alvanou@gmail.com Περίληψη Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει την ανάπτυξη και εφαρμογή ενός μαθηματικού μοντέλου που περιγράφει την κυκλοφορία των υδάτινων μαζών και τη μεταφορά μακροφυκών στη λεκάνη του Θερμαϊκού Κόλπου. Ειδικότερα, η προσομοίωση αφορά περιπτώσεις καταγραφής ανθίσεων μακροφυκών, στις δυτικές ακτές του Θερμαϊκού και οδηγεί, με χρήση απλοποιητικών παραδοχών, στην πρόβλεψη της διασποράς της βιομάζας τους. Η εφαρμογή γίνεται για τους επικρατέστερους στην περιοχή ΒΒΔ και ΝΝΑ ανέμους. Οι μαθηματικές προσομοιώσεις έδειξαν τελικά ότι υπό την επίδραση ΒΒΔ ανέμων, 5 και μέρες μετά τα επεισόδια των ανθίσεων η εξάπλωση των μακροφυκών είναι σημαντική, ενώ υπό την επίδραση ΝΝΑ ανέμων περιορίζεται γενικά στην εγγύς περιοχή των ανθίσεων. Για την περίπτωση ανθίσεων στις εκβολές του Λουδία η βιομάζα των μακροφυκών, υπό την επίδραση ΒΒΔ ανέμων, εξαπλώνεται προς τα νότια και προς τον εξωτερικό Θερμαϊκό ενώ για την περίπτωση εμφάνισης των ανθίσεων στην περιοχή του Καλοχωρίου, η εξάπλωση των μακροφυκών, φαίνεται να φτάνει στις απέναντι ανατολικές ακτές του κόλπου. Λέξεις κλειδιά: μαθηματικό μοντέλο, υδροδυναμική, διασπορά μακροφυκών. MATHEMATICAL MODELLING OF THE SEA WATER CIRCULATION AND SPREADING OF MACROALGAE IN THERMAIKOS GULF Savvidis Y. 1, Alvanou L. 2 1 Department of Fisheries and Aquaculture Technology, Alexander Technological Educational Instiute of Thessaloniki, Nea Moudania Chalkidiki, savvidis@aqua.teithe.gr 2 Axios- Loudias- Aliakmonas Managemnet Authority, Halastra, lydia.alvanou@gmail.com Abstract The present paper includes the development and application of a mathematical model which describes the seawater circulation and the transport of macroalgae in the area of Thermaikos gulf. More specifically, the simulation, concerns particular events of macroalgae blooms along the west coasts of the gulf, and, based on simplified assumptions, leads to the forecast of the macroalgae biomass dispersion. The model application was realized for the dominant NNW and SSE winds blowing over the area of the gulf. The mathematical simulations showed ultimately that under the influence of NNW blowing winds, 5 and days after the bloom events, the spreading of macroalgae is quite significant while under the influence of SSE winds the dispersion is generally limited in the area close to the bloom sources. For the case of NNW dominant winds and the blooms occurring at the Loudias mouth, the biomass is spreading to the central areas of the gulf and southern to the external Thermaikos gulf while for the case of the blooms at the Kalochori coastal area, the spreading of the macroalgae, seems to reach to the opposite east coasts of the gulf. Keywords: mathematical model, hydrodynamics, macroalgae dispersion.

2 1. Εισαγωγή Η κυκλοφορία των υδάτινων μαζών στο Θερμαϊκό Κόλπο υπήρξε αντικείμενο μελέτης εδώ και αρκετές δεκαετίες (Koutitas 1987, Balopoulos & Friligos 1993, Ganoulis 1994, Poulos et al. 00, Dodou et al. 02, Hyder et al. 02, Kourafalou et al. 04). Όσον αφορά την γενική κυκλοφορία των θαλάσσιων μαζών στο Θερμαϊκό, παρατηρείται είσοδος των νερών από το Βόρειο Αιγαίο στα ανατολικά του εξωτερικού Θερμαϊκού, κίνησή τους κατά μήκος των ανατολικών ακτών και εν συνεχεία στροφή προς τα δυτικά, κίνησή τους κατά μήκος των δυτικών ακτών και έξοδός τους από τα νοτιοδυτικά του κόλπου (Ganoulis, 1994). Οι ταχύτητες των θαλάσσιων ρευμάτων είναι της τάξης των 5- cm/s κοντά στην επιφάνεια και μέχρι 9 cm/s κοντά στον πυθμένα (Poulos et al. 00). Ουσιαστικά, η υδροδυναμική κυκλοφορία στο Θερμαϊκό προκύπτει από τη συνισταμένη επίδραση διάφορων εξωτερικών αίτιων, μεταξύ των οποίων σημαντικότερα είναι α) οι άνεμοι που φυσούν στην περιοχή με επικρατέστερους τους βοριάδες και τους νοτιάδες β) οι ανταλλαγές θερμότητας και νερού στην διεπιφάνεια θάλασσας/ατμόσφαιρας, γ) οι εισροές γλυκού νερού στο Θερμαϊκό από τα ποτάμια που εκβάλουν στις δυτικές ακτές του κόλπου (με παροχές οι οποίες φθίνουν τις τελευταίες δεκαετίες), δ) η αστρονομική παλίρροια (της οποίας η επίδραση στην κυκλοφορία δεν είναι σημαντική, λόγω μικρού παλιρροιακού εύρους) και ε) η γενική κυκλοφορία των νερών του Βόρειου Αιγαίου, τα οποία εισέρχονται από τα νοτιοανατολικά του εξωτερικού Θερμαϊκού κόλπου. Είναι βέβαια γνωστό, ότι το κύριο αίτιο γένεσης της υδροδυναμικής κυκλοφορίας στο Θερμαϊκό είναι ο άνεμος, καθιστώντας την κυκλοφορία των νερών στον κόλπο κατεξοχήν ανεμογενή. Η μεταφορά ύλης στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι ένα επόμενο σημαντικό αντικείμενο της θαλάσσιας υδροδυναμικής το οποίο συνδέεται άμεσα με την κυκλοφορία. Πολλές είναι οι σχετικές έρευνες που έχουν γίνει και αφορούν στην εξάπλωση λεπτόκοκκων αιωρουμένων σωματιδίων που φτάνουν στο Θερμαϊκό από τα ποτάμια των δυτικών ακτών (Savvidis et al. 01, Krestenitis et al. 07), στη διασπορά αιωρουμένου οργανικού υλικού (Savvidis and Koutitas, 00), ή τοξικών φυτοπλαγκτονικών κυττάρων (Savvidis et al., 11) στην υδρολογία και την κατανομή του σωματιδιακού υλικού στον κόλπο (Zervakis, et al., 05) όπως επίσης και τα επεισόδια επαναιώρησης ιζημάτων (Paphitis and Collins, 05). Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η δόμηση και εφαρμογή ενός μαθηματικού μοντέλου, βασισμένου σε απλοποιητικές παραδοχές, που θα χρησιμοποιείται ως επιχειρησιακό εργαλείο για την πρόγνωση της κυκλοφορίας των θαλάσσιων μαζών και της εξάπλωσης μακροφυκών μετά από επεισόδια ανθίσεων τα οποία παρατηρούνται σε περιοχές των δυτικών ακτών του Θερμαϊκού και συνδέονται με δυσμενείς επιπτώσεις στους θαλάσσιους οργανισμούς, υποβάθμιση της ποιότητας των νερών, οπτική όχληση και γενικότερα απώλεια της αναψυχικής αξίας της παράκτιας ζώνης. 2. Μεθοδολογία Η μελέτη βασίστηκε στην ανάπτυξη και εφαρμογή ενός διδιάστατου, μέσου κατά το βάθος, μαθηματικού μοντέλου για την περιγραφή της ανεμογενούς κυκλοφορίας του νερού και της εξάπλωσης των μακροφυκών στον κόλπο. Ειδικότερα, πρόκειται για την δόμηση ενός υδροδυναμικού μοντέλου το οποίο βρίσκεται σε σύζευξη με ένα μοντέλο μεταφοράς με στόχο μία πρώτη, αδρή περιγραφή της υδροδυναμικής στον κόλπο. Οι εξισώσεις που περιγράφουν την υδροδυναμική κυκλοφορία είναι οι γνωστές εξισώσεις της διατήρησης ορμής και μάζας (Koutitas, 1988). Από τις μέσες κατά το βάθος ταχύτητες υπολογίζονται εν συνεχεία οι επιφανειακές (Koutitas & Gousidou-Koutita,1986). Τα υδροδυναμικά στοιχεία που υπολογίζονται από το μοντέλο της κυκλοφορίας εισάγονται απευθείας στο συζευγμένο μοντέλο μεταφοράς. Θεωρώντας

3 ότι η κατακόρυφη μεταφορά των μακροφυκών είναι αμελητέα, λόγω μικρή ταχύτητας καθίζησης, υιοθετείται η παραδοχή της επιφανειακής κίνησής τους. Το μοντέλο μεταφοράς βασίζεται στη μέθοδο του ιχνηλάτη. Η μέθοδος αυτή, υιοθετήθηκε σε μία σειρά από ερευνητικές δουλειές μεταξύ των οποίων αναφέρονται οι εργασίες των Dimou and Adams (1993), Savvidis and Koutitas (00), Krestenitis et al. (07), Patoucheas and Savvidis (). Σύμφωνα με τη μέθοδο του ιχνηλάτη (Koutitas, 1988) ένας μεγάλος αριθμός σωματιδίων που προσομοιώνει το συνεχές αιωρούμενο υλικό εισάγεται σε μία θέση. Η μεταφορά και τύχη των σωματιδίων αυτών, τα οποία, στην παρούσα εργασία, εκφράζουν τη μάζα των μακροφυκών, παρακολουθείται με το χρόνο. Η μεταφορά καθορίζεται από την τοπική ταχύτητα της ροής ενώ η διάχυση καθορίζεται από τους συντελεστές τυρβώδους διάχυσης. Πιο ειδικά σύμφωνα με τη μέθοδο του ιχνηλάτη η κίνηση του κάθε σωματιδίου αναλύεται σε δύο μέρη, ένα καθοριστικό (της μεταφοράς) και ένα στοχαστικό (της διάχυσης). Η οριζόντια θέση των σωματιδίων υπολογίζεται, σε κάθε χρονικό βήμα, από την υπέρθεση του καθοριστικού και του στοχαστικού αποκόμματος. Τέλος, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα δεδομένων είναι δυνατό να γίνει περιγραφή της εξάπλωσης μακροφυκών με την ενσωμάτωση της πληροφορίας της βιολογικής ανάπτυξης ή εξαφάνισής τους (Patoucheas and Savvidis, ). Πιο συγκεκριμένα, εφαρμόζεται η σχέση N=N 0 e (μ-t) όπου N 0 είναι ο αρχικός πληθυσμός, μ ένας συντελεστής αύξησης και T ένας συντελεστής απωλειών. Επειδή η παρούσα προσομοίωση γίνεται για μικρό χρονικό διάστημα (της τάξης των μερικών ημερών) δεν λαμβάνεται υπόψη εξαφάνιση μακροφυκών. Η περιγραφή της αύξησης των μακροφυκών γίνεται ως εξής: μετά από χρόνο μίας ημέρας, δημιουργείται μία νέα βιομάζα μακροφυκών (με την αύξηση του μήκους τους) που εκφράζεται από έναν αριθμό νέων υλικών σωματιδίων ίσο με (μ N 0 ), όπου N 0 είναι ο αριθμός των σωματιδίων που εκφράζει την αρχική βιομάζα μακροφυκών πριν την αύξηση (συνολικός αριθμός σωματιδίων της προηγούμενης μέρας). Ο συνολικός αριθμός σωματιδίων N, μετά την αύξησή τους, υπολογίζεται εν συνεχεία από τη σχέση N=N 0 +μ N 0. Η θέση των νέων σωματιδίων καθορίζεται από τις θέσεις άλλων -ήδη υπαρχόντων- σωματιδίων που επιλέγονται τυχαία. Όσον αφορά την κίνηση των σωματιδίων σε σχέση με τα όρια του πεδίου, όταν τα σωματίδια φτάσουν σε ακτή, επανέρχονται στην προηγούμενή τους θέση, ενώ όταν φτάσουν στο νότιο όριο προς τον εξωτερικό Θερμαϊκό παύει η παρακολούθησή τους στο πεδίο (θεωρώντας ότι έχουν διαφύγει προς την ανοιχτή θάλασσα). Η εφαρμογή του μοντέλου σύμφωνα με την μέθοδο που περιγράφηκε δίνει τελικά τη χωροχρονική κατανομή του αιωρούμενου υλικού των μακροφυκών. Οι συγκεντρώσεις υπολογίζονται από τον αριθμό των σωματιδίων σε κάθε βρόχο. Το μοντέλο εφαρμόστηκε στο πεδίο του Θερμαϊκού με αίτιο γένεσης της κυκλοφορίας, τον άνεμο. Πρόκειται επομένως για αριθμητικά πειράματα σε ιδεατές συνθήκες (process oriented experiments). Το πεδίο μελέτης διακριτοποιήθηκε οριζόντια με έναν κάναβο κελιών με διάσταση κελιού Δx=Δy=0 m και χρονικό βήμα Δt= sec. Για την επίλυση των εξισώσεων διατήρησης της μάζας και της ορμής χρησιμοποιήθηκε ρητό σχήμα πεπερασμένων διαφορών σε έκκεντρο κάναβο. Στο νότιο όριο ανοιχτής θάλασσας εφαρμόστηκε η συνθήκη Orlanksi (Orlanski, 1976). Στην Εικόνα 1 δίνεται πεδίο του Θερμαϊκού και οι δύο θέσεις στις οποίες έχουν παρατηρηθεί φαινόμενα ανθίσεων: οι εκβολές του Λουδία (θέση Λ) και η παράκτια ζώνη Καλοχωρίου στα ανατολικά της Θεσσαλονίκης (θέση Κ). Όσον αφορά την καταγραφή επεισοδίων ανθίσεων ενός μεγάλου αριθμού μακροφυκών και τον υπολογισμό της εξάπλωσής τους στο Θερμαϊκό, η μοντελοποίηση βασίσθηκε στα παρακάτω στοιχεία: Από περιστατικό του 08 που αφορούσε στην εμφάνιση μεγάλων ποσοτήτων μακροφυκών στην εκβολική ζώνη του Λουδία, υπολογίσθηκε η τιμή της βιομάζας στο μέγιστο της παρουσίας των Gracilaria spp, σύμφωνα με την οποία η βιομάζα τους στην περιοχή (α) δυτικά και ανατολικά των εκβολών του Λουδία

4 ανέρχεται σε 3.3 και 2.64 tn/στρέμμα αντίστοιχα και (β) ανατολικά των εκβολών του Αξιού ανέρχεται σε 2.5 tn/στρέμμα (Υπουργείο Αγροτικής Ανάπτυξης & Τροφίμων, 08). Έτσι, στην εγγύς περιοχή του Λουδία λαμβάνεται υπόψη για τη μελέτη μία μέση τιμή βιομάζας για το μέγιστο της παρουσίας των Gracilaria spp, 3tn/στρέμμα. Η τιμή αυτή υιοθετήθηκε σε όλες τις προσομοιώσεις. Επειδή η επιφάνεια ενός βρόχου είναι 2 στρέμματα προκύπτει ότι σε ένα βρόχο-κελί θα έχουμε 3 2 tn βιομάζας Gracilaria οπότε στην περιοχή εμφάνισης του μέγιστου της βιομάζας Gracilaria, λαμβάνεται υπόψη ποσότητα 7 tn. Οι θέσεις που αφορούν το μέγιστο εμφάνισης των μακροφυκών (θέση ανθίσεων) σημειώνονται με αστερίσκο στην εικ 1. B Θερμαϊκός Κόλπος Θεσ/νίκη Κ Λ 5 km Εικ. 1. Το πεδίο μελέτης του Θερμαϊκού κόλπου με τις θέσεις εμφάνισης επεισοδίων άνθισης μακροφυκών (θέση Λ στην περιοχή των εκβολών του Λουδία και θέση Κ στην παράκτια περιοχή του Καλοχωρίου) Εισάγοντας 00 σωματίδια στη θέση πηγής τότε, αφού το σύνολο της μάζας είναι 7 tn, κάθε σωματίδιο θα αντιστοιχεί σε μάζα 7 kgr. Όσον αφορά τον ειδικό ρυθμό αύξησης, η τιμή του κυμαίνεται από 4.8 ως 5.2 για διάστημα 80 ημερών ενώ για διάστημα 38 ημερών είναι 2.5 ως 3.3 (Υπουργείο Αγροτικής Ανάπτυξης & Τροφίμων, 08). Με βάση τα στοιχεία αυτά, στο μοντέλο λαμβάνεται υπόψη ένας συντελεστής αύξησης 0.1/μέρα. Όσον αφορά την επίδραση των νερών των ποταμών των δυτικών ακτών του Θερμαϊκού, αυτή δεν λαμβάνεται υπόψη στο μοντέλο. Η εισροή αυτή, αν και ιδιαίτερα σημαντική στην κυκλοφορία του κόλπου, τις τελευταίες δεκαετίες έχει μειωθεί δραστικά με αποτέλεσμα να μειώνεται και η επίδρασή της στην κυκλοφορία των νερών στον κόλπο. Αυτός είναι και ο λόγος που δεν συμπεριλήφθηκε στη μελέτη η εισροή από τα ποτάμια ακόμη και στην περίπτωση που η αρχική θέση των μακροφυκών είναι η περιοχή του Λουδία. 3. Αποτελέσματα 3.1. Η ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΚΑΙ Η ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΓΙΑ Β-ΒΔ ΑΝΕΜΟ Η ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΤΩΝ ΝΕΡΩΝ ΓΙΑ Β-ΒΔ ΑΝΕΜΟ Στην εικόνα 2 που ακολουθεί δίνεται η κυκλοφορία των επιφανειακών νερών στο Θερμαϊκό Κόλπο για Β-ΒΔ άνεμο έντασης 5.1 m/s, 5 μέρες μετά το φαινόμενο της άνθισης, χρονικό διάστημα στο οποίο η υδροδυναμική κυκλοφορία στον κόλπο φτάνει σε μονιμοποίηση. Η

5 κυκλοφορία αυτή (εικόνα 2) φαίνεται ότι βρίσκεται σε γενική συμφωνία με τη μορφή της κυκλοφορίας για ΒΒΔ άνεμο που δίνεται από τους Ganoulis (1994) και Poulos et al. (00) Εικ. 2. Επιφανειακές ταχύτητες ρευμάτων (m/s) για Β-ΒΔ άνεμο 5.1 m/s Η τιμή 5.1 m/s προκύπτει ως μέση τιμή του εύρους ταχυτήτων 4.2 ως 6.0 m/s που αντιστοιχεί στους ανέμους κύριας βόρειας συνιστώσας που επικρατούν στην ευρύτερη περιοχή του κόλπου κατά τη διάρκεια του χειμώνα σύμφωνα με τους Poulos et al. (1994). Όπως φαίνεται στην εικόνα 2 η κυκλοφορία των νερών χαρακτηρίζεται από έναν εκτεταμένο αντικυκλωνικό στρόβιλο στα νότια και κεντρικά του κόλπου και έναν μικρότερο κυκλωνικό στρόβιλο στα νoτιoδυτικά του κόλπου. Βόρεια του Μεγάλου Εμβόλου διακρίνεται ένας κυκλωνικής μορφής στρόβιλος στα κεντρικά του κόλπου Θεσσαλονίκης, ενώ έναν αντικυκλωνικός στρόβιλος στα ανατολικά. Στα βόρεια του Κόλπου και στην περιοχή του όρμου της Θεσσαλονίκης η κίνηση των επιφανειακών νερών είναι αντικυκλωνική προς τις ανατολικές ακτές και κυκλωνική προς τις δυτικές ακτές Η ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΠΕΙΣΟΔΙΟ ΑΝΘΙΣΗΣ ΣΤΟ ΛΟΥΔΙΑ ΓΙΑ Β-ΒΔ ΑΝΕΜΟ Στην εικόνα 3, δίνεται η διασπορά των συγκεντρώσεων των μακροφυκών 5 και μέρες μετά από το επεισόδιο άνθισης στην περιοχή των εκβολών του Λουδία. Αναλυτικότερα, 5 ημέρες μετά την εμφάνιση της άνθισης στην εκβολική ζώνη του Λουδία, το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των μακροφυκών, έχει κινηθεί νότια διαφεύγοντας προς τον εξωτερικό Θερμαϊκό κόλπο. Πολύ μικρές ποσότητες της τάξης των 18 κιλών/στρέμμα αλλά και ακόμη μικρότερες φαίνεται να έχουν εξαπλωθεί στο νότιο και κεντρικό τμήμα του κόλπου ενώ στην εγγύς περιοχή των εκβολικών συστημάτων του Λουδία και Αξιού δεν φαίνεται να έχει παραμείνει βιομάζα μακροφυκών. Παρόμοια είναι και η μορφή της εξάπλωσης των μακροφυκών μέρες ημέρες μετά την εμφάνιση της πληθυσμιακής έκρηξης στην εκβολική ζώνη του Λουδία, όπου και πάλι η διασπορά των μακροφυκών οδηγεί σε συγκεντρώσεις των εναπομεινάντων μαζών στα κεντρικά και νότια του κόλπου, μικρότερες από 12 κιλά/στρέμμα.

6 Εικ. 3. Διασπορά μακροφυκών (κιλά /στρέμμα) για ΒΒΔ άνεμο 5 μέρες (3α, αριστερά) και μέρες (3β, δεξιά) μετά το επεισόδιο άνθισης στις εκβολές του Λουδία Τα αποτελέσματα αυτά είναι σε συμφωνία με μαρτυρίες αλιέων και επαγγελματιών της περιοχής οι οποίοι αναφέρουν την απομάκρυνση των μακροφυκών από την παράκτια ζώνη και της διασπορά τους προς την ανοιχτή θάλασσα κατά τη διάρκεια ανεμολογικών επεισοδίων που χαρακτηρίζονται από ανέμους κύριας βόρειας συνιστώσας. Επιπλέόν, η απομάκρυνση των μακροφυκών από τις εκβολές του Λουδία και η εξάπλωσή τους προς τα νότια, όπως προκύπτει από το μοντέλο, φαίνεται να υποστηρίζεται από τη μορφή της κυκλοφορίας των νερών που αναφέρεται από τους Kourafalou et al. (04) σύμφωνα με την οποία οι βοριάδες ωθούν τα νερά χαμηλής αλατότητας των εκβολικών συστημάτων στις δυτικές ακτές του Θερμαϊκού προς τα νότια και προς τον εξωτερικό Θερμαϊκό κόλπο Η ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΠΕΙΣΟΔΙΟ ΑΝΘΙΣΗΣ ΣΤΟ ΚΑΛΟΧΩΡΙ ΓΙΑ Β-ΒΔ ΑΝΕΜΟ Στην εικόνα 4 που ακολουθεί, δίνεται η διασπορά των συγκεντρώσεων των μακροφυκών 5 και μέρες αντίστοιχα, μετά από το επεισόδιο πληθυσμιακής έκρηξης μακροφυκών στην παράκτια περιοχή του Καλοχωρίου, δυτικά της πόλης της Θεσσαλονίκης, με επίδραση βοριάδων. Γίνεται κι εδώ, η υπόθεση για αρχική πληθυσμιακή έκρηξη 7 tn μακροφυκών. Όπως φαίνεται στην εικόνα, 5 ημέρες μετά την εμφάνιση των ανθίσεων στην περιοχή Καλοχωρίου, οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις μακροφυκών καταγράφονται στις ανατολικές ακτές του κόλπου Θερμαϊκού με τιμές που φτάνουν τα 2 κιλά/στρέμμα (παράκτια περιοχή Περαίας και Αγίας Τριάδας) ενώ μικρότερες συγκεντρώσεις φαίνεται να εξαπλώνονται γειτονικά της περιοχής αυτής (εικόνα 4β, αριστερά). Η εξάπλωση των μακροφυκών στις ανατολικές περιοχές του κόλπου της Θεσσαλονίκης έχει παρόμοια μορφή ημέρες μετά την εμφάνιση της άνθισης στην περιοχή του Καλοχωρίου (εικόνα 4β, δεξιά) με τιμές που φτάνουν τα 4 κιλά/στρέμμα στην περιοχή της Περαίας και Αγίας Τριάδας. Στην περίπτωση αυτή, είναι αξιοσημείωτο ότι το καθεστώς των ΒΒΔ ανέμων απομακρύνει το σύνολο της μάζας των μακροφυκών από την περιοχή του Καλοχωρίου, όπου εμφανίστηκε αρχικά το επεισόδιο άνθισης, μεταφέροντάς το στις απέναντι ανατολικές ακτές του Θερμαϊκού.

7 Εικ. 4. Διασπορά μακροφυκών (κιλά/ στρέμμα) για ΒΒΔ άνεμο 5 μέρες (4α, αριστερά) και μέρες (4β, δεξιά) μετά το επεισόδιο άνθισης στην περιοχή Καλοχωρίου 3.2. Η ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΚΑΙ Η ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΓΙΑ Ν-ΝΑ ΑΝΕΜΟ Η ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΤΩΝ ΝΕΡΩΝ ΓΙΑ Ν-ΝΑ ΑΝΕΜΟ Στην εικόνα 5 δίνεται η κυκλοφορία των επιφανειακών νερών στο Θερμαϊκό με άνεμο Ν-ΝΑ έντασης 3.5 m/s μετά από χρονικό διάστημα 5 μερών στο οποίο έχει ήδη μονιμοποιηθεί η υδροδυναμική κυκλοφορία στον κόλπο. Η μορφή αυτή της κυκλοφορίας (εικόνα 5) φαίνεται ότι βρίσκεται σε γενική συμφωνία με τη μορφή της κυκλοφορίας για ΝΝΑ άνεμο που δίνεται από τους Ganoulis (1994) και Poulos et al. (00). Η τιμή 3.5 m/s προκύπτει ως μέση τιμή του εύρους ταχύτητας 3.0 ως 4.0 m/s των ανέμων κύριας νότιας συνιστώσας που επικρατούν κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού (Poulos et al., 1994). Όπως φαίνεται στην εικόνα 5, η κυκλοφορία των υδάτινων μαζών χαρακτηρίζεται από έναν μεγάλο κυκλωνικό στρόβιλο στα νότια και κεντρικά του κόλπου, και έναν μικρότερο αντικυκλωνικό στα νοτιοδυτικά του κόλπου. Όσον αφορά την κεντρική περιοχή του κόλπου βόρεια από το Μεγάλο Έμβολο, φαίνεται η τάση δημιουργίας ενός κυκλωνικού στροβίλου προς τις δυτικές ακτές και ενός αντικυκλωνικού προς τις ανατολικές ακτές. Στα βόρεια του Κόλπου και στην περιοχή του όρμου της Θεσσαλονίκης η κίνηση είναι κυκλωνική ενώ διαφαίνεται και μία τάση αντικυκλωνικής κίνησης προς τις δυτικές ακτές Εικ. 5. Eπιφανειακές ταχύτητες ρευμάτων (m/s) για Ν-ΝΑ άνεμο 3.5 m/s

8 Η ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΠΕΙΣΟΔΙΟ ΑΝΘΙΣΗΣ ΣΤΟ ΛΟΥΔΙΑ ΓΙΑ Ν-ΝΑ ΑΝΕΜΟ Στην εικόνα 6 που ακολουθεί, δίνεται η διασπορά των συγκεντρώσεων των μακροφυκών 5 και ημέρες, μετά από το επεισόδιο άνθισης των μακροφυκών στην περιοχή των εκβολών του Λουδία Εικ. 6. Διασπορά μακροφυκών (κιλά/στρέμμα) για Ν-ΝΑ άνεμο 5 μέρες (6α, αριστερά) και μέρες (6β, δεξιά) μετά το επεισόδιο άνθισης στις εκβολές του Λουδία Η διασπορά των μακροφυκών 5 ημέρες μετά την εμφάνιση της άνθισης στις εκβολική ζώνη του Λουδία, περιορίζεται στην εγγύς περιοχή των εκβολικών συστημάτων του Λουδία και Αξιού με μέγιστες συγκεντρώσεις 8 κιλών/στρέμμα και πολύ μικρές συγκεντρώσεις νοτιοανατολικά των εκβολών ου Λουδία. Παρόμοια φαίνεται να είναι και η μορφή της εξάπλωσης μέρες μετά την εμφάνιση της άνθισης όπου και πάλι η βιομάζα των μακροφυκών περιορίζεται στην περιοχή των εκβολών του Λουδία και Αξιού με μέγιστες συγκεντρώσεις της τάξης των κιλών/στρέμμα. Επισημαίνεται εδώ, η παρατήρηση στο πεδίο της επίμονης παρουσίας και παραμονής των μακροφυκών στην περιοχή των εκβολών του Λουδία κατά τη διάρκεια περιόδων που επικρατούν άνεμοι νότιας κύριας συνιστώσας. Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η κυκλοφορία των νερών για ΝΝΑ άνεμο, όπως δίνεται στην εικόνα 5, έχει τέτοια μορφή ώστε τα νερά από νοτιοδυτικά αλλά και ανατολικά των εκβολών του Λουδία κινούνται προς το μυχό δυτικά των εκβολών με αποτέλεσμα να εμποδίζεται η παραπέρα εξάπλωση των μακροφυκών Η ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΦΥΚΩΝ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΠΕΙΣΟΔΙΟ ΑΝΘΙΣΗΣ ΣΤΟ ΚΑΛΟΧΩΡΙ ΓΙΑ Ν-ΝΑ ΑΝΕΜΟ Στην εικόνα 7, δίνεται η διασπορά των συγκεντρώσεων των μακροφυκών 5 και ημέρες μετά το επεισόδιο άνθισης μακροφυκών στην παράκτια περιοχή του Καλοχωρίου με επίδραση νοτιάδων.

9 Εικ. 7. Διασπορά μακροφυκών (κιλά/στρέμμα) για ΝΝΑ άνεμο 5 μέρες (7α, αριστερά) και μέρες (7β, δεξιά) μετά το επεισόδιο άνθισης στην περιοχή Καλοχωρίου Όπως φαίνεται, η εξάπλωση των μακροφυκών 5 ημέρες μετά το επεισόδιο άνθισης περιορίζεται κυρίως στο βορειοδυτικό τμήμα του κόλπου με τιμές που φτάνουν τα 360 κιλά/ στρέμμα στην εγγύς περιοχή του Καλοχωρίου. Η εξάπλωση των μακροφυκών στις δυτικές ακτές του κόλπου Θεσσαλονίκης έχει παρόμοια μορφή και ημέρες μετά την άνθιση στην περιοχή του Καλοχωρίου με τιμές που φτάνουν τα 4 κιλά/ στρέμμα. 4. Συμπεράσματα/Συζήτηση Στην παρούσα έρευνα παρουσιάσθηκε η δόμηση και εφαρμογή ενός μαθηματικού μοντέλου για την περιγραφή της υδροδυναμικής κυκλοφορίας και εξάπλωσης των μακροφυκών στη λεκάνη του Θερμαϊκού κόλπου. Η προσομοίωση έγινε για ανεμολογικά επεισόδια χαρακτηριστικά για την περιοχή του Θερμαϊκού, δηλαδή για Β-ΒΔ και Ν-ΝΑ ανέμους και αφορούσε στη διερεύνηση της εξάπλωσης της βιομάζας μακροφυκών μετά από φαινόμενα ανθίσεων στις δυτικές ακτές του κόλπου και ειδικότερα στις εκβολές του Λουδία και στην παράκτια περιοχή του Καλοχωρίου. Οι μαθηματικές προσομοιώσεις έδειξαν ότι, υπό την επίδραση Ν-ΝΑ ανέμων, η εξάπλωση των μακροφυκών 5 και μέρες μετά τα επεισόδια ανθίσεων περιορίζεται γενικά στην κοντινή περιοχή όπου εμφανίζεται το φαινόμενο των ανθίσεων ενώ υπό την επίδραση ΒΒΔ ανέμων παρατηρείται μία σημαντική διασπορά της βιομάζας. Ειδικότερα, στην περίπτωση εμφάνισης των ανθίσεων στην εκβολική ζώνη του Λουδία οι βοριάδες οδηγούν τις μάζες των μακροφυκών προς τον εξωτερικό Θερμαϊκό ενώ μικρό σχετικά μέρος της μάζας τους εξαπλώνεται νότια και κεντρικά του κόλπου. Στην περίπτωση εμφάνισης των ανθίσεων στην παράκτια ζώνη Καλοχωρίου η διασπορά των μακροφυκών, υπό συνθήκες ΒΒΔ ανέμου, φαίνεται να φτάνει σε αρκετά μεγαλύτερη απόσταση, στις απέναντι ανατολικές ακτές του Θερμαϊκού κόλπου, στην παράκτια περιοχή της Περαίας και Αγίας Τριάδας. Σε κάθε περίπτωση η εφαρμογή του μοντέλου μπορεί να συμβάλλει στην έγκαιρη πρόγνωση της εξάπλωσης των μακροφυκών μετά από επεισόδια ανθίσεων στη λεκάνη ενός κόλπου ώστε να ληφθούν άμεσα τα όποια μέτρα απαιτούνται για την προστασία της παράκτιας ζώνης. 5. Ευχαριστίες Η εργασία έγινε στo πλαίσιo του ερευνητικού προγράμματος «Ανάπτυξη και Εφαρμογή Εργαλείων Ολοκληρωμένης Διαχείρισης Παράκτιας Ζώνης Θερμαϊκού κόλπου: Πιλοτική Εφαρμογή στη δυτική παράκτια ζώνη» με επιστημονικά υπεύθυνο τον κ. Γ. Ζαλίδη, καθηγητή

10 της Γεωπονικής Σχολής του ΑΠΘ. Το πρόγραμμα είναι συγχρηματοδοτούμενο από τον Ευρωπαϊκό Οικονομικό Χώρο (EOX) και το Πρόγραμμα Δημοσίων Επενδύσεων. 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Balopoulos, E.T. & Friligos, N.C. (1993). Water circulation and eutrophication in the northwestern Aegean Sea: Thermaikos Gulf. Journal of Environmental Science and Health, A 28 (6), Dimou K. N. and E. E. Adams (1993). A Random-walk, Particle Tracking model for Well-mixed Estuaries and Coastal Waters Estuarine, Coastal and Shelf Science, Vol. 33, pp Dodou, M.G, Savvidis, Y.G., Krestenitis, Y.N. & Koutitas, C.G. (02). Development of a two-layer mathematical model for the study of hydrodynamic circulation in the sea. Application to the Thermaikos gulf. Mediterranean Marine Science, 3 (2), 5-25 GANOULIS JG (1994). Engineering Risk Analysis of Water Pollution. VCH Verlagsgesellschaft mbh, Weinheim, Federal Republic of Germany, pp. 6 Hyder, P., J., Simpson, H. & Christopoulos, S. (02). Sea-breeze forced diurnal surface currents in the Thermaikos Gulf, North-west Aegean. Continental Shelf Research, 22, Kourafalou, V.H., Savvidis, Y.G., Krestenitis Y.N. & Koutitas, C.G. (04). Modelling studies on the processes that influence matter transfer on the Gulf of Thermaikos (NW Aegean Sea). Continental Shelf Research, 24, Koutitas Christopher and Maria Gousidou-Koutita (1986) A comparative study of 3 mathematical models for wind generated circulation in coastal areas Coastal Engineering, (1986) , Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam Koutitas C. (1987). Τhree - Dimensional Models of Coastal Circulation: An Engineering Viepoint, In: Three-dimensional Coastal Ocean Models, (Ed. Norman S. Heaps) American Geophysical Union Koutitas, C. (1988). Mathematical models in Coastal Engineering, Pentech Press Limited, London (UK) Krestenitis Y. N., Kombiadou Κ.D. and Savvidis Y.G. (07). Modelling the cohesive sediment transport in the marine environment: the case of Thermaikos Gulf Ocean Science, Vol. 3, pp Orlanski I. (1976). A Simple Boundary Condition for Unbounded Hyperbolic Flows JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS2 1, Paphitis D., M.B. Collins (05). Sediment resuspension events within the (microtidal) coastal waters of Thermaikos Gulf, northern Greece, Continental Shelf Research, 25 pp Patoucheas D.P. and Savvidis Υ. G (). A HYDROBIOLOGICAL MODEL AS A TOOL FOR THE DETECTION OF HAB EPISODES. APPLICATION TO THERMAIKOS GULF, Fresenius Environmental Bulletin Vol. 19 No 9b pp Poulos S., a A. Papadopoulos b & M. B. Collins (1994), Deltaic Propagation in Thermaikos Bay, Northern Greece and its Socio-Economical Implications, Ocean & Coastal Management (22) pp Poulos, S. E., Chronis, G. Th., Collins, M.B. & Lycousis V. (00). Thermaikos Gulf Coastal System, NW Aegean Sea: an Overview of Water/Sediment Fluxes in Relation to Air-Land-Ocean Interactions and Human Activities, Journal of Marine Systems, 25, Savvidis, Y.G, Koutitas, C.G. & Krestenitis, Y.N. (01). Development and application of a three-dimensional cohesive sediment transport mathematical model, Marine Environ. Engng, 6, Savvidis Y. & C. Koutitas (00). Simulation of transport & fate of suspended matter along the coast of Agathoupolis (N. Greece), Proceedings of the 5th International Conference Protection and Restoration of the Environment, Thassos, Greece, July, 00 Savvidis Υ. G., D.P. Patoucheas, G. Nikolaidis and C.G. Koutitas (11). MODELLING THE DISPERSION OF HARMFUL AN ALGAL BLOOM IN ΤΗΕ THERMAIKOS GULF (NW AEGEAN SEA) Global NEST Journal, Vol. 13, Νo 2, pp Zervakis V., A.P. Karageorgis, H. Kontoyiannis, V. Papadopoulos, V. Lykousis (05). Hydrology, circulation and distribution of particulate matter in Thermaikos Gulf (NW Aegean Sea), during September 01 October 01 and February 02. Continental Shelf Research, 25 (05) Υπουργείο Αγροτικής Ανάπτυξης & Τροφίμων, (08). «Σχέδιο Πρότυπης Πειραματικής Καλλιέργειας Μακροφυκών για χρήσεις στη φαρμακευτική και τη βιολογική γεωργία» - Φάση Β: Έκθεση Παρακολούθησης. Α.Π.Θ.