Εκτίμηση Των Επιπτώσεων Της Κλιματικής Αλλαγής Και Αναβάθμισης Λιμενικών Και Παράκτιων Κατασκευών. Παναγιώτης Πρίνος Θεοφάνης Καραμπάς Θεοχάρης Κόφτης

Transcript

1 ΠΑΚΕΤΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 5 ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 5.1 ΘΑΛΗΣ- CCSEAWAVS Εκτίμηση Των Επιπτώσεων Της Κλιματικής Αλλαγής Και Αναβάθμισης Λιμενικών Και Παράκτιων Κατασκευών Παναγιώτης Πρίνος Θεοφάνης Καραμπάς Θεοχάρης Κόφτης Τομέας Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος, ΑΠΘ, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης 54124, Θεσσαλονίκη

2 Μεθοδολογία αναβάθμισης λιμενικών και παράκτιων κατασκευών ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΓΕΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Τύποι λιμενικών και παράκτιων κατασκευών Χρόνος ζωής κατασκευής Κριτήρια Αποτελεσματικότητας Άνοδος ΜΣΘ ΟΡΙΣΜΟΣ ΣΕΝΑΡΙΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ Ακραίες Τιμές Κυματικών Συνθηκών (βαθιά νερά) Μεταφορά στην περιοχή του έργου (ρηχά νερά) ΤΡΟΠΟΙ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Γεωμετρικοί-Αισθητικοί περιορισμοί Αναβάθμισης Σχεδιασμός Εναλλακτικών λύσεων αναβάθμισης Οικονομική αποτίμηση αναβάθμισης 2

3 Τύποι λιμενικών και παράκτιων κατασκευών ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ Ο χρόνος ζωής της κατασκευής επηρεάζει τον καθορισμό του σεναρίου κλιματικής αλλαγής O χρόνος ζωής είναι της τάξης των χρόνια, για ακραία κυματικά γεγονότα με περίοδο επαναφοράς 50 και 100 ετών. 3

4 Κριτήρια Αποτελεσματικότητας ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Κριτήρια Ευστάθειας Κυματική υπερπήδηση της κατασκευής Ευστάθεια των ογκολίθων θωράκισης Ευστάθεια των ογκολίθων του 'πόδα' της κατασκευής N od = ΦΥΣΙΚΟΙ ΟΓΚΟΛΙΘΟΙ Έναρξη ζημιών (S=2 3 Van der Meer, 1988 formula, K D =2,Hudson formula) για περίοδο επαναφοράς 50 χρόνια ΤΕΧΝΗΤΟΙ ΟΓΚΟΛΙΘΟΙ Δίνονται τιμές για K D ανάλογα τη γεωμετρία του τεχνητού ογκολίθου, ενώ με Van der Meer συνήθως υπολογίζονται για πλήρη εξασφάλιση του έργου (μηδενικές ζημιές) 0.5, καμία ζημία, για περίοδο επαναφοράς 50 χρόνια 2, αποδεκτή ζημιά 4, σοβαρή ζημιά Επιτρεπόμενη Παροχή Κυματικής Υπερπήδησης Κυματοθραύστη Περίοδος επαναφοράς (χρόνια) Μέση παροχή κυματικής υπερπήδησης q (l/s/m)

5 Κριτήρια Αποτελεσματικότητας ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Κριτήρια Ευστάθειας Κυματική διάδοση της κατασκευής Ευστάθεια των ογκολίθων θωράκισης ΦΥΣΙΚΟΙ ΟΓΚΟΛΙΘΟΙ Έναρξη ζημιών (S=2 3 Van der Meer, 1988 formula, K D =2,Hudson formula) για περίοδο επαναφοράς 50 χρόνια Επιτρεπόμενος συντελεστής Κυματικής διάδοσης Κ t, όπως καθορίζεται από τις ανάγκες της μελέτης 5

6 Τρόποι Αναβάθμισης Της Κατασκευής ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ Δεν τίθεται περιορισμός ως προς τη στέψη 6

7 Τρόποι Αναβάθμισης Της Κατασκευής ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ Τίθεται περιορισμός ως προς τη στέψη Προσθήκη στρώσης ογκολίθων θωράκισης και αλλαγή της κλίσης της θωράκισης 7

8 Τρόποι Αναβάθμισης Της Κατασκευής ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ Τίθεται περιορισμός ως προς τη στέψη Διαμόρφωση Κατασκευή ανάντη ύφαλου αναβαθμού κυματοθραύστη 8

9 Τρόποι Αναβάθμισης Της Κατασκευής ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ Δεν τίθεται περιορισμός ως προς τη στέψη Προσθήκη στρώσης ογκολίθων θωράκισης και μείωση του βυθίσματός 9

10 Τρόποι Αναβάθμισης Της Κατασκευής ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΑΠΟ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗ Τίθεται περιορισμός ως προς τη στέψη Προσθήκη στρώσης ογκολίθων θωράκισης και αύξηση του πλάτους του κυματοθραύστη 10

11 Ορισμός Του Σεναρίου Κλιματικής Αλλαγής i. Άνοδο ΜΣΘ, όπως προκύπτει από την εφαρμογή του Κλιματικού Μοντέλου Περιοχικής Κλίμακας, όπως αυτή περιγράφεται στο ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 1.5, όπου προβλέπεται η αύξηση της ΜΣΘ. ii. Επίσης η συνεισφορά επιμέρους παραγόντων που σχετίζονται με την προσθήκη μάζας νερού από το λιώσιμο των ηπειρωτικών πάγων. Οι επιδράσεις αυτές δίνουν μια περαιτέρω άνοδο της ΜΣΘ κατά 0.30m (μέγιστη τιμή), στο τέλος του 21ου αιώνα σύμφωνα με τις προβλέψεις του IPCC AR5. iii. Άνοδο ΜΣΘ υπό την επίδραση της μετεωρολογικής παλίρροια (storm surge), η οποία περιγράφεται στα ΠΑΡΑΔΟΤΕΑ 2.1, 3.2, όπου για τις Ελληνικές Θάλασσες προβλέπονται μέγιστα ετήσια επίπεδα μετεωρολογικής παλίρροιας περίπου m το 2050 και το iv. Μεταβολή του σημαντικού ύψους κύματος Η s0 σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας, όπως περιγράφεται στο ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ

12 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ 12

13 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Τοπογραφία του Λιμένα Αλεξανδρούπολης ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ Η περιοχή του λιμένα είναι εκτεθειμένη σε κυματισμούς νοτιοδυτικής (ΝΔ), νοτίου (Ν) και νοτιοανατολικής (ΝΑ) διεύθυνσης 13

14 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Διάταξη και διατομή προσήνεμου μώλου ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ Θωράκιση από ακκρόποδα με όγκο 5.0m 3 14

15 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Σενάριο κλιματικής αλλαγής ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ 1. Άνοδος της ΜΣΘ, όπως προκύπτει από την εφαρμογή του Κλιματικού Μοντέλου Περιοχικής Κλίμακας καθώς και την επίδραση των επιμέρους παραγόντων που σχετίζονται με την προσθήκη μάζας νερού από το λιώσιμο των ηπειρωτικών πάγων. Για την περιοχή της Αλεξανδρούπολης, οι επιδράσεις αυτές δίνουν άνοδο της ΜΣΘ κατά 0.20m το έτος 2050 (ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 1.5). 2. Άνοδος της ΜΣΘ υπό την επίδραση της μετεωρολογικής παλίρροια (storm surge), όπου για την περιοχή της Αλεξανδρούπολης προβλέπονται μέγιστα ετήσια επίπεδα μετεωρολογικής παλίρροιας 30cm (ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 2.1). 3. Αύξηση του σημαντικού ύψους κύματος Η s0 το 2050 στην περιοχή της Αλεξανδρούπολης, Η s0 =5.50 m (ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 3.2). 15

16 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Κυματικές συνθήκες και αποτελεσματικότητα κυματοθραύστη ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ ΜΕΛΕΤΗ, H so (m) 5.1 5,50 T p (s) 9 9 d, Βάθος νερού στην κατασκευή (m) * 8,2 8,4 d, Βάθος νερού στην κατασκευή (m)- ανωτ. Πλήμμη R c, έξαλο τμήμα κατασκευής (m) ** H 1/3 στην κατασκευή (m) Κ D, Παράμετρος ζημιών (Hudson formula) Μηδενικές ζημίες (Van der Meer, 1993) εξ. 2.5 N od, Παράμετρος ζημιών πόδα (Van der Meer,1995) q, Μέση παροχή κυματικής υπερπήδησης (l/sm) ok ok q>10l/sm 16

17 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ Σχεδιασμός εναλλακτικών προτάσεων αναβάθμισης A.Προσθήκη αναβαθμού A. Προσθήκη αναβαθμού ανάντη q, (l/sm), μέση παροχή υπερπήδησης 9.88 W, (t), απαιτούμενο βάρος ογκολίθων 5.00 V (m 3 /m), λιθορριπή Φ.Ο kg ( Μ) Κόστος ( /m 3 ) ( Μ) Κόστος ανά μέτρο μήκους ( /m)

18 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ Σχεδιασμός εναλλακτικών προτάσεων αναβάθμισης B. Κατασκευή ύφαλου κυματοθραύστη B. Κατασκευή ύφαλου κυματοθραύστη q, (l/sm), μέση παροχή υπερπήδησης W, (t), απαιτούμενο βάρος ογκολίθων θωράκισης 1.23 V (m 3 /m), λιθορριπή Φ.Ο <1500kg ( Μ) V (m 3 /m), λιθορριπή λίθων kg (4.06.Μ) V (m 3 /m), λιθορριπή λίθων 0,5-100kg (4.04.Μ) Κόστος ( /m 3 ) ( Μ) Κόστος ( /m 3 ) (4.06.Μ) Κόστος ( /m 3 ) (4.04.Μ) Κόστος ανά μέτρο μήκους ( /m)

19 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΠΡΟΣΗΝΕΜΟΣ ΜΩΛΟΣ ΛΙΜΕΝΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ Σχεδιασμός εναλλακτικών προτάσεων αναβάθμισης Γ. Προσθήκη ογκολίθων θωράκισης Γ. Προσθήκη ογκολίθων θωράκισης και αύξηση της στέψης q, (l/sm), μέση παροχή υπερπήδησης 6.28 V, (m 3 ), απαιτούμενος όγκος τεχνητού ογκ. accropode 5.00 V (m 3 /m), όγκος ανά μέτρο μήκους Κόστος ( /m 3 ) ( ) Κόστος ανά μέτρο μήκους ( /m)

20 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Οριζοντιογραφία των έργων στην Παραλία Κατερίνης αλιευτικό καταφύγιο βυθισμένοι κυματοθραύστες 20

21 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Διατομή βυθισμένου κυματοθραύστη στην Παραλία Κατερίνης A/A R c (m) ζ w (m) ζ t (m) R c ' (m) H s0 (m) T p (s) Κ t K t =

22 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Σενάριο κλιματικής αλλαγής ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ 1. Άνοδο της ΜΣΘ, όπως προκύπτει από την εφαρμογή του Κλιματικού Μοντέλου Περιοχικής Κλίμακας καθώς και την επίδραση των επιμέρους παραγόντων που σχετίζονται με την προσθήκη μάζας νερού από το λιώσιμο των ηπειρωτικών πάγων. Για την περιοχή της Κατερίνης, οι επιδράσεις αυτές δίνουν άνοδο της ΜΣΘ κατά 0.20m το έτος 2050 (ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 1.5). 2. Άνοδο της ΜΣΘ υπό την επίδραση της μετεωρολογικής παλίρροια (storm surge), όπου για την περιοχή της Κατερίνης προβλέπεται αύξηση 17% στα μέγιστα ετήσια επίπεδα μετεωρολογικής παλίρροιας (ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 3.2). 3. Μικρή αύξηση του σημαντικού ύψους κύματος Η s0 κατά 3.5% το 2050 στην περιοχή της Κατερίνης (ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 3.2). 22

23 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Κυματικές συνθήκες και αποτελεσματικότητα κυματοθραύστη ΜΕΛΕΤΗ, H so (m) T p (s) H 1/3 στην κατασκευή (m) d, Βάθος νερού στην κατασκευή (m) * R c', βύθισμα κατασκευής ** S, Παράμετρος ζημιών (Van der Meer, 1993) K t (μέσος συντελεστής διάδοσης) ** A/A H i T p ζ KA ζ w ζ t R c ' 2050, Κ t Αύξηση % % % % % % K t =

24 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Πρόταση αναβάθμισης ΥΦΑΛΟΙ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΕΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ A/A B H i T p ζ KA ζ w ζ t R c ' Κ t Αύξηση του πλάτους του ύφαλου κυματοθραύστη W, (t), απαιτούμενο βάρος ογκολίθων 1.60 V (m 3 /m), λιθορριπή Φ.Ο kg ( Μ) Κόστος ( /m 3 ) ( Μ) Κόστος ανά μέτρο μήκους ( /m) 150,00 24

25 ΕΙΔΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠO CASE STUDIES ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Μεγαλύτερη η επίδραση της ανόδου της ΜΣΘ λόγω KA και αύξησης των ακραίων γεγονότων storm surge παρά των κυματικών. 2. Μεγαλύτερο πρόβλημα σε κυματική υπερπήδηση και κυματική διάδοση παρά σε ελέγχους ευστάθειας 3. Λόγω συνήθους υπερδιαστασιολογησης των ογκολίθων θωράκισης των υφισταμένων, οι έλεγχοι σε ευστάθεια ικανοποιούνται. 4. Τελική λύση αναβάθμισης από περιορισμούς που τίθενται και οικονομική ανάλυση 5. Για τους βυθισμένους κυματοθραύστες, άνοδος της ΜΣΘ κατά 10cm~ αύξηση του πλάτους ~2m. 6. Επιπλέον παράγοντες: -επίδραση της ΚΑ στην μορφολογία του πυθμένα -φυσικά μοντέλα, αντί εμπειρικών τύπων 25