ΚΥΜΑΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΑΚΤΕΣ ΑΠΟ ΤΗ ΙΕΛΕΥΣΗ ΤΑΧΥΠΛΟΩΝ ΠΛΟΙΩΝ

ΚΥΜΑΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΑΚΤΕΣ ΑΠΟ ΤΗ ΙΕΛΕΥΣΗ ΤΑΧΥΠΛΟΩΝ ΠΛΟΙΩΝ Γρηγόρης Γρηγορόπουλος και ηµήτρης Χαλκιάς Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ Ηρώων Πολυτεχνείου 9, 15773 Ζωγράφου KEYWORDS: wash, high-speed craft, wake, environmental impact ΠΕΡΙΛΗΨΗ Τα πλοία δηµιουργούν κατά την πλεύση τους κυµατισµούς που διαδιδόµενοι προσπίπτουν στα παραπλέοντα σκάφη και τις παρακείµενες ακτές. Το πρόβληµα είναι εντονότερο στην περίπτωση των σύγχρονων ταχυπλόων επιβατηγών οχηµαταγωγών (Ε/Γ-Ο/Γ) πλοίων, λόγω ακριβώς της υψηλής ταχύτητας αλλά και των σχετικά ρηχών νερών στα οποία πλέουν. Η παρούσα εργασία ασχολείται µε τη διερεύνηση των παραµέτρων που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά των παραγοµένων κυµάτων, περιγράφει τους περιορισµούς που έχουν επιβληθεί από µερικές χώρες για την αντιµετώπιση του προβλήµατος και παρουσιάζει αριθµητικά αποτελέσµατα για τα κύµατα που παράγουν δύο τυπικά πλοία της ακτοπλοΐας µας. WASH EFFECTS ON SHORELINE DUE TO THE TRANSIT OF HIGH- SPEED CRAFT ABSTRACT Gregory Grigoropoulos and Dimitris Chalkias School of Naval Architecture and Marine Engineering NTUA 9 Heroon Polytechniou Street, 15773 Zografou During sailing, ships generate waves, which propagate and fall on other nearby sailing vessels as well as on the neighboring shoreline. The problem is exaggerated in the case of modern fast ferries, because of their high speed and the relative shallow waters where they sail. This work focuses on the investigation of the parameters that affect the characteristics of the generated wave, describes the restrictions imposed by some national authorities to cope with the problem and presents numerical results for the waves generated by two typical ships of the Greek short-sea shipping. The numerical results will be validated in the near future by full-scale recordings, in the context of an ongoing national project. 1

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η χώρα µας διαθέτει ένα σύµπλεγµα νησιών που εξυπηρετείται κυρίως από τις θαλάσσιες συγκοινωνίες. Κατά τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότερα ταχύπλοα Ε/Γ και Ε/Γ-Ο/Γ πλοία αντικαθιστούν τα συµβατικά (µικρότερης υπηρεσιακής ταχύτητας) πλοία. Η λειτουργία όµως των ταχυπλόων σκαφών εισήγαγε και καινοφανή προβλήµατα. Το σηµαντικότερο από τα προβλήµατα αυτά προέρχεται από τους υψηλούς κυµατισµούς που δηµιουργούνται κατά την πλεύση µε υψηλή ταχύτητα ακόµη και σε ήρεµο νερό. Όταν το πλοίο παραπλέει ακτές, οι κυµατισµοί αυτοί προσπίπτουν επί των ακτών µε µεγάλη σφοδρότητα αυξάνοντας τη διάβρωσή τους και θέτοντας σε κίνδυνο την ακεραιότητα και ζωή των λουοµένων. Το φαινόµενο γίνεται ακόµη πιο επικίνδυνο λόγω της αιφνίδιας εµφάνισης των κυµάτων αυτών στην ακτή, ενώ κινδυνεύουν και παραπλέοντα µικρά σκάφη. Λόγω της σοβαρότητας του φαινοµένου οι λιµενικές αρχές επιβάλλουν περιορισµούς στην ταχύτητα των µεγάλων ταχύπλοων πλοίων στην περιοχή των λιµένων απόπλου και προορισµού και όταν παραπλέουν ακτές. Το αντικείµενο της διάβρωσης των ακτών από παραπλέοντα σκάφη άρχισε να απασχολεί τους ερευνητές σχετικά πρόσφατα. Ήδη προ δεκαετίας ο Gadd (1994) πραγµατεύεται το πρόβληµα των απόνερων ταχύπλοων τόσο σε θαλάσσιο περιβάλλον όσο σε κανάλια µε ιδιαίτερη έµφαση σε σκάφη αναψυχής. Στις πιο σύγχρονες µελέτες για τους παραγόµενους κυµατισµούς ταχυπλόων σκαφών σε βαθύ και ρηχό νερό συγκαταλέγεται η έρευνα του Danish Maritime Authority (DMA) (1997), που εξετάζει τη επίδραση στο περιβάλλον των υψηλής ταχύτητας Ε/Γ Ο/Γ προτείνοντας ως αποδεκτό ύψος ενός κύµατος µεγάλης περιόδου τα 0.35 µέτρα µε βάθος νερού 3 µέτρων. Σε µελέτη του Maritime and Coastal Agency (MCA) (2002) εξετάζει τα χαρακτηριστικά απόνερων ταχυπλόων σε ρηχό νερό, διαφόρων τύπων πλοίων. Η ειδική επιτροπή για την ασφάλεια των ταχυπλόων σκαφών της ιεθνούς Ένωσης Πειραµατικών εξαµενών (22 nd ITTC, 1999) πρότεινε την περαιτέρω διερεύνηση των απόνερων πλοίων µε εκπόνηση συστηµατικών πειραµάτων. Τα υπάρχοντα αποτελέσµατα θεωρούνται ανεπαρκή για την κατανόηση του προβλήµατος και την διατύπωση προτάσεων για τη µείωση του φαινοµένου. Το Εργαστήριο Ναυτικής και Θαλάσσια Υδροδυναµικής (ΕΝΘΥ) του ΕΜΠ ανέλαβε στα πλαίσια εθνικού προγράµµατος να διερευνήσει τα χαρακτηριστικά πέντε αντιπροσωπευτικών τύπων πλοίων της ακτοπλοΐας µας όσον αφορά το ύψος και την περίοδο των παραγοµένων κυµατισµών συναρτήσει της ταχύτητας, καθώς και τη διάδοσή τους σε βαθύ και ρηχό νερό. Το ερευνητικό έργο στοχεύει στη διατύπωση των ποσοτικών σχέσεων που διέπουν το πρόβληµα και τη διατύπωση ορθολογιστικών κριτηρίων αποδεκτών κυµατικών δυνάµεων στις ακτές. Τονίζεται ότι η όλη ερευνητική προσπάθεια εστιάζεται στα ελληνικά δεδοµένα του προβλήµατος, τόσον από την πλευρά της διαµόρφωσης των ακτών (πυκνό πλέγµα νησιών σε κοντινές αποστάσεις µε σχετικά βαθιά νερά κοντά στα νησιά) όσο και από πλευράς τύπων πλοίων επιλέγοντας αντιπροσωπευτικούς τύπους πλοίων από αυτά που είναι δροµολογηµένα ή πρόκειται να δροµολογηθούν στα Ελληνικό Αρχιπέλαγος. Οι περιορισµοί της ταχύτητας των ταχυπλόων σκαφών που επιβάλλουν σήµερα οι ελληνικές λιµενικές αρχές βασίζονται σε καθαρά ποιοτικά και εµπειρικά κριτήρια και αποδεικνύονται άλλοτε υπερβολικοί και άλλοτε αναποτελεσµατικοί. Σε µερικές µάλιστα περιπτώσεις το αποτέλεσµα αποδεικνύεται αντίθετο του αναµενόµενου! Πράγµατι, δεδοµένου ότι το ύψος του κύµατος που παράγεται από τα ταχύπλοα εξαρτάται από την ταχύτητα του πλοίου και από το βάθος του θαλάσσιου πυθµένα, το κυµατικό σύστηµα του πλοίου µεγιστοποιείται όταν η ταχύτητα ευρίσκεται γύρω από µια κρίσιµη τιµή. Αυτή η περιοχή ταχυτήτων πρέπει να αποφεύγεται. Συνεπώς, σε πολλές περιπτώσεις η µείωση των κυµάτων µπορεί να επέλθει όχι µόνο µε τη µείωση, αλλά και µε την αύξηση της ταχύτητας. 2

2. ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Κατά την πλεύση του µε ταχύτητα V σε νερό µε βάθος h ένα πλοίο παράγει κυµατισµούς λόγω διαταραχής της πίεσης που προκαλεί το πεδίο ροής. Η µορφή των κυµατισµών εξαρτάται από τον αδιάστατο βαθυµετρικό αριθµό Froude F h που ορίζεται ως: V F h =, όπου g = η επιτάχυνση της βαρύτητας (1) gh Εάν ο αριθµός F h είναι µικρότερος της µονάδας (υποκρίσιµη ταχύτητα) διακρίνουµε δύο συστήµατα παραγοµένων κυµατισµών τους αποκλίνοντες (κύµατα Kelvin) και τους εγκάρσιους (Σχ. 1). Οι εγκάρσιοι κυµατισµοί εξασθενούν γρήγορα καθώς αποµακρύνονται από τη πορεία του πλοίου, ενώ οι αποκλίνοντες παριστάνουν το κυµατικό πεδίο µακράν του πλοίου. Όσον αφορά τις επιδράσεις στις ακτές µας ενδιαφέρουν οι αποκλίνοντες κυµατισµοί µε ταχύτητα C p g C p = tanh(kh) = V cosθ (2) k όπου k = 2π/λ ο κυµατικός αριθµός (λ = µήκος κύµατος) και θ = η γωνία διάδοσης των κυµατισµών ως προς την πορεία του πλοίου. Η σχέση (2) εκφυλίζεται στην C p = g k όταν αναφέρεται σε βαθύ νερό. Επιπλέον, στην περίπτωση αυτή το µήκος κύµατος συνδέεται µε την περίοδο µέσω της σχέσης λ = Τg/(2π). Σχήµα 1: Αποκλίνοντες και εγκάρσιοι κυµατισµοί κατά την πλεύση ενός πλοίου. Από τη σχέση (1) προκύπτει η άµεση εξάρτηση της µορφής των κυµάτων από την ταχύτητα. Έτσι, πυθµένας σε βάθος 40 µέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας αντιστοιχεί σε υποκρίσιµη ταχύτητα για ένα συµβατικό πλοίο που ταξιδεύει µε 20 κόµβους, και σε κρίσιµη ταχύτητα (F h = 0.80-1.20) για ένα πλοίο που λειτουργεί σε ταχύτητες άνω των 30 κόµβων. Καθώς ένα πλοίο πλησιάζει την κρίσιµη ταχύτητα, η µορφή του κυµατικού πεδίου αλλάζει ουσιαστικά. Η γωνία που δηµιουργούν οι αποκλίνοντες κυµατισµοί µε την πορεία του πλοίου 3

αυξάνεται, όπως επίσης και το ύψος τους. Κοντά στην κρίσιµη ταχύτητα, οι κορυφές των κυµάτων είναι σχεδόν κάθετες στη πορεία του πλοίου και ενδεχοµένως να παραχθεί και ένα µοναχικό κύµα (soliton). Με περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας, το πλοίο εισέρχεται στην υπερκρίσιµη περιοχή ταχυτήτων όπου F h > 1. Στις ταχύτητες αυτές οι εγκάρσιοι κυµατισµοί εξαφανίζονται, ενώ το σύστηµα των αποκλινόντων κυµατισµών παραµένει µε διαφοροποιηµένα τα κύρια χαρακτηριστικά τους, την περίοδο Τ και το µέγιστο ύψος Η, όπως ορίζονται στο Σχ. 2. Πιο συγκεκριµένα η περίοδος αυξάνει σηµαντικά από τα 4-5 sec στα 8-10 sec. Στην υπερκρίσιµη περιοχή, οι κορυφές των αποκλινόντων κυµάτων είναι µακριές (long-crested) και όσο µεγαλύτερη είναι η ταχύτητα πλεύσης, τόσο µικρότερες είναι οι γωνίες των κυµάτων. Το πλοίο ανυψώνεται, ενώ η ενέργεια των κυµατισµών του, και συνεπώς, η ολική αντίστασή του µειώνονται. Σχήµα 2: Προσδιορισµός µέγιστου ύψους και µισής περιόδου κυµατισµών. Επιπλέον ο ρυθµός µε τον οποίο ένα πλοίο επιταχύνει ή επιβραδύνει διερχόµενο από την κρίσιµη περιοχή ταχυτήτων είναι ένας παράγοντας που επηρεάζει την ένταση του φαινοµένου. Το πρόβληµα της διάδοσης των απόνερων πλοίου είναι το αποτέλεσµα της αλληλεπίδρασης µεταξύ του πλοίου, της βαθυµετρίας και περιβαλλοντικών παραγόντων. Όταν τα µακριά κύµατα διαδιδόµενα εισέρχονται σε ρηχά νερά, δηλ. νερά µε βάθος µικρότερο από το µισό του µήκους κύµατος, η ταχύτητα διάδοσής τους µειώνεται µε συνέπεια αύξηση του ύψους τους. Το φαινόµενο αυτό καλείται shoaling και είναι πολύ µικρότερης έκτασης στην περίπτωση των κυµάτων µικρής περιόδου και, εποµένως, µικρού µήκους κύµατος, οπότε το βάθος του ρηχού νερού είναι πολύ µικρότερο. Επίσης, σ αυτή την περίπτωση παρατηρούνται διάθλαση, περίθλαση και µερική ανάκλαση των κυµάτων που προκαλούνται από πολύπλοκες βαθυµετρίες. Τα χαρακτηριστικά των κυµάτων που παράγονται από τα πλοία µπορούν να εκτιµηθούν αριθµητικά µε τη βοήθεια της δυναµικής θεωρίας, να µετρηθούν κατά τη διάρκεια δοκιµών µε πρότυπα υπό κλίµακα σε πειραµατική δεξαµενή ή να καταγραφούν µε ειδικούς πλωτήρες που τοποθετούνται σε απόσταση 300 µέτρων από διερχόµενο πλοίο. 4

3. ΕΘΝIKOI ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΑΛΛΩΝ ΧΩΡΩΝ Τόσο ευρωπαϊκές χώρες όσον και οι ΗΠΑ και ο Καναδάς έχουν αναφέρει προβλήµατα που προέρχονται από τα απόνερα ταχυπλόων σκαφών παραπλεόντων τις ακτές τους. Οι περισσότερες των χωρών αυτών περιορίζονται στην αυθαίρετη επιβολή περιορισµού της ταχύτητας των ταχυπλόων σκαφών όταν ευρίσκονται σε απόσταση µικρότερη των λίγων ναυτικών µιλίων από κατοικηµένες ακτές. Την τακτική αυτή ακολουθεί και η χώρα µας. Έτσι τα κατά τόπους λιµεναρχεία εκδίδουν εγκυκλίους που επιβάλλουν σε συγκεκριµένα ταχύπλοα σκάφη, όταν παραπλέουν τις ακτές, µεγίστη ταχύτητα πλεύσης αρκετά µικρότερη από την υπηρεσιακή τους. Ας σηµειωθεί εδώ ότι, σε αντίθεση µε την απότοµη, κατά τη σταδιακή µείωση της ταχύτητας, δηµιουργούνται µοναχικά υψηλά κύµατα (cnoidal / solitary waves or solitons) που επιδρούν στην ακτή. Οι περιορισµοί αυτοί σε ορισµένες περιπτώσεις είναι ιδιαίτερα δεσµευτικοί, όπως στην περίπτωση του περάσµατος Rich στην πολιτεία Washington των ΗΠΑ που επιβάλλουν τα παρακάτω κριτήρια: Απόνερα ύψους 28 cm σε απόσταση 300 m από την πορεία του σε βαθύ νερό. Πυκνότητα ενέργειας απόνερων 2450 Joules/m στο ψηλότερο σηµαντικό κύµα από µια συστοιχία κυµάτων στην ίδια απόσταση όπως παραπάνω από το πλοίο. Πιο τεκµηριωµένη είναι η νοµοθεσία της ανίας που επιβάλλει στο χειριστή να αποδείξει ότι το µέγιστο ύψος των κυµατισµών που δηµιουργούνται κατά την πλεύση του σκάφους δεν υπερβαίνει την τιµή H h, όπου: 4.5 H h 0.5, όπου T h είναι η µέση περίοδος των κυµατισµών. T h Το κριτήριο αυτό εφαρµόζεται σε βάθος νερού 3 µέτρων. Για περίοδο κυµάτων 9 sec δίνει ύψος 0.35 µέτρα, που αντιστοιχεί στο ύψος των απόνερων των συµβατικών (µικρής ταχύτητας) πλοίων. 4. ΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΑΚΤΕΣ Υπό ορισµένες συνθήκες λειτουργίας σε συγκεκριµένα τοπικά περιβάλλοντα, τα απόνερα των πλοίων µπορούν να αποτελέσουν τον κύριο λόγο διάβρωσης ακτών και πυθµένων κατά µήκος ακτοπλοϊκών διαδροµών, ιδιαιτέρως σε ρηχά νερά (Leer-Andersen et al, 2000). Μεγάλα και γρήγορα σκάφη που παραπλέουν παραλίες, κόλπους και άλλες παράκτιες περιοχές δηµιουργούν µεγάλα κύµατα που κατευθύνονται προς τις ακτές. Αυτά τα κύµατα µπορούν να αφαιρέσουν και να µεταφέρουν ιζήµατα, ασταθή υλικά, θαλάσσια χλωρίδα, χαλίκια από τις ακτές και το θαλάσσιο πυθµένα. Τα ιζήµατα µεταφέρονται σε άλλες ρηχές περιοχές ή παρασύρονται στα βαθιά. Αυτό µαζί µε όλους τους άλλους λόγους διάβρωσης µπορεί να οδηγήσει σε αναµόρφωση ακτών και κόλπων. Κατασκευές σε παράκτιες περιοχές όπως κτήρια, προβλήτες, προκυµαίες επηρεάζονται από τα διαβρωτικά κύµατα των πλοίων, καθώς και παραγωγικές δραστηριότητες. Η διάβρωση ασταθών υλικών στις παραλίες δηµιουργούν απότοµες προσχώσεις της ακτής (beach scarps). Λόγω της υπερβολικής κλίσης, τελικά οι προσχώσεις ολισθαίνουν στη θάλασσα και η διαδικασία ξεκινάει από την αρχή. Οι υποθαλάσσιοι πυθµένες και οι ακτές µπορεί να είναι µαλακοί ή σκληροί. Στα πελάγη, οι ακτές που είναι κανονικά εκτεθειµένες σε κύµατα, αποτελούνται κυρίως από βραχώδη υλικά, καθώς τα ιζήµατα έχουν παρασυρθεί από τα διαβρωτικά κύµατα. Κάτω από το βραχώδες στρώµα υπάρχει µαλακό υπόστρωµα. Η χλωρίδα σε τέτοιους βραχώδεις βυθούς είναι συνήθως φύκια, ενώ υπάρχει και µικρή ποικιλία µεγαλύτερων φυτών. Γενικότερα, η βιολογική ποικιλία χλωρίδας και πανίδας 5

είναι πολύ µεγάλη. Παραλίες και κόλποι που δεν εκτίθενται απ ευθείας στα κύµατα, έχουν συνήθως µαλακούς πυθµένες, καθώς αυτές οι περιοχές είναι πιο συχνά οι αποταµιευτήρες φερτών υλών και σε αυτές τις περιοχές βρίσκεται το µεγαλύτερο τµήµα της θαλάσσιας χλωρίδας. Η διάβρωση των ακτών και πυθµένων µπορεί να επιφέρει µεγάλη επίδραση στα θαλάσσια οικοσυστήµατα. Τα ισχυρά ρεύµατα στο βυθό επηρεάζουν τόσο τα φυτά όσο και τα ιζήµατα. Τα ιζήµατα σε περιοχές µε µαλακούς πυθµένες διαβρώνονται και µεταφέρονται σε άλλες περιοχές. Τα ισχυρά ρεύµατα προσβάλλουν και αφαιρούν τη υδροφυτική βλάστηση και πιο συγκεκριµένα τα φύκια τύπου Zostera Marina (eelgrass), µειώνοντας τον όγκο των στρωµάτων και συνεπώς αλλάζοντας τις συνθήκες ζωής για φυτά και ζώα. Τα πλοία µπορούν να προκαλέσουν ισχυρά ρεύµατα, ιδίως όταν οι συνθήκες είναι τέτοιες ώστε να συνυπάρχουν φαινόµενα συντονισµού της στάθµης του νερού σε περιορισµένα νερά (seiche). Πλοία µεγάλου εκτοπίσµατος υπό συγκεκριµένες συνθήκες είναι πολύ πιθανό να δηµιουργήσουν τέτοια προβλήµατα. Οι περισσότερες περιοχές µαλακού πυθµένα λειτουργούν ως εκκολαπτήρια των νεοτέρων οργανισµών και αποθηκεύουν το µεγαλύτερο τµήµα της τροφής για µικρούς οργανισµούς. Αν υπάρξει σηµαντική διάβρωση των φερτών υλών και ισχυρά ρεύµατα βυθού που διαφοροποιούν τις συνθήκες ζωής για τη θαλάσσια υδροβιολογία, ο αριθµός των ειδών (βιοποικιλότητα) και ο αριθµός των δειγµάτων µπορεί να µειωθεί σηµαντικά. 5. ΑΝΑΛΥΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Ο κώδικας που χρησιµοποιήθηκε για τους αριθµητικούς υπολογισµούς είναι το πακέτο SWAN που αναπτύχθηκε στο MIT (Sclavounos, 1996) και είναι ένα αντιπροσωπευτικό δείγµα της κατηγορίας προγραµµάτων επίλυσης δυναµικής ροής µε ελεύθερη επιφάνεια. Η µεθοδολογία που χρησιµοποιεί το πρόγραµµα SWAN πλεονεκτεί έναντι των άλλων συναφών µεθόδων στον υπολογισµό του κυµατικού πεδίου, διότι εισάγει πολύ µικρότερα σφάλµατα όσο το πεδίο αποµακρύνεται από το πλοίο. Ωστόσο, οι κώδικες αυτοί δεν έχουν τη δυνατότητα να υπολογίσουν το κυµατικό πεδίο σε µεγάλη απόσταση από το πλοίο, παρά µόνο µέχρι µερικά µήκη πλοίου πρύµνηθεν (Bertram and Hughes, 1999). Εντούτοις, έχει δειχθεί ότι εκτός του πολύ κοντινού πεδίου ροής, η γραµµική θεωρία µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να προσεγγισθεί η εξασθένηση των κυµάτων του πλοίου. Ο υπολογισµός του ύψους κύµατος σε απόσταση 300 µέτρων από τη πορεία του πλοίου µπορεί να γίνει µε τον τύπο: y H 3 300 = Hy (3) 300m Όπου y είναι η απόσταση του σηµείου από την πορεία του πλοίου στο οποίο υπολογίζεται αριθµητικά το ύψος κύµατος. Θεωρείται ότι η περίοδος διατηρείται σταθερή στην περιοχή µακράν του πλοίου. Η πυκνότητα ενέργειας υπολογίζεται από µια σχέση για τα γραµµικά κύµατα: 2 gh L E = γ (4) 8 όπου γ είναι η πυκνότητα του νερού και για το µετρικό σύστηµα µονάδων και για βαθιά νερά, γίνεται: 2 2 E = 1961H T (5) Εξετάστηκαν τα χαρακτηριστικά δυο ταχύπλοων πλοίων, αντιπροσωπευτικών δειγµάτων της ακτοπλοΐας: ένα ελαφρύ ταχύπλοο σκάφος εκτοπίσµατος 2730 µετρικών τόννων, µήκους 140 µέτρων µε διπλή ακµή και υπηρεσιακή ταχύτητα 40 κόµβων και ένα σύγχρονο πλοίο εκτοπίσµατος 6

17000 µετρικών τόννων, µε βολβό και πλατύ καθρέπτη ελάχιστα βυθισµένο στο νερό, µήκους 200 µέτρων µε υπηρεσιακή ταχύτητα 28 κόµβων. Οι υπολογισµοί έγιναν για ένα µεγάλο εύρος ταχυτήτων και µόνο για την περίπτωση όπου το πλοίο ταξιδεύει σε βαθύ νερό. Τα αποτελέσµατα φαίνονται στα Σχ. 3 και 4 για το ελαφρύ σκάφος και Σχ. 5 και 6 για το βαρύ, αντίστοιχα. Όπως προκύπτει από τα σχήµατα αυτά, το ύψος του κύµατος του µεγίστου αποκλίνοντος κύµατος µεγιστοποιείται στις ταχύτητες των 22 και 32 κόµβων, όπου και η πυκνότητα ενέργειας παρουσιάζει µέγιστα. Τα εκτιµώµενα ύψη κύµατος υπερβαίνουν τα 1.40 µέτρα σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία τους, ενώ η πυκνότητα ενεργείας είναι συγκρίσιµη µε τις τιµές που συναντά κανείς στη βιβλιογραφία για τέτοια σκάφη. Ελαφρύ ταχύπλοο πλοίο µε διπλή ακµή Μεγιστο ύψος κύµατος σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του πλοίου 1.6 1.4 1.2 Ύψος κύµατος (m) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ταχύτητα Πλοίου (knots) Σχήµα 3: Μέγιστο ύψος κύµατος ελαφρού ταχύπλοου πλοίου µε διπλή ακµή, σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του 7

Ελαφρύ ταχύπλοο πλοίο µε διπλή ακµή Πυκνότητα ενέργειας µέγιστου κυµατισµού σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του πλοίου 120000 100000 Πυκνότητα ενέργειας (joule/m) 80000 60000 40000 20000 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ταχύτητα πλοίου (knots) Σχήµα 4: Πυκνότητα ενέργειας µεγίστου αποκλίνοντος κυµατισµού ελαφρού ταχύπλοου πλοίου µε διπλή ακµή, σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του Στην περίπτωση του µεγάλου σκάφους εκτοπίσµατος και οι δύο καµπύλες (ύψους και πυκνότητας ενέργειας) είναι µονότονες µε µέγιστη τιµή ύψους κύµατος περίπου την µισή από το προηγούµενο παράδειγµα. Η µονοτονία των καµπυλών παρέχει σαν συνέπεια τη δυνατότητα στο χειριστή του σκάφους να µειώσει λίγο την ταχύτητα ώστε να περιορίσει ακόµη περισσότερο τα απόνερά του. Ταχύπλοο πλοίο εκτοπίσµατος µήκους 200 µέτρων Μέγιστο ύψος κύµατος σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του πλοίου 0.9 0.8 0.7 0.6 Ύψος κύµατος (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 5 10 15 20 25 30 Ταχύτητα πλοίου (knots) Σχήµα 5: Μέγιστο ύψος κύµατος ταχύπλοου πλοίου εκτοπίσµατος 200 µέτρων, σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του 8

Ταχύπλοο πλοίο εκτοπίσµατος µήκους 200 µέτρων Πυκνότητα ενέργειας µέγιστου κυµατισµού σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του πλοίου 40000 35000 30000 Πυκνότητα ενέργειας (joule/m) 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 5 10 15 20 25 30 Ταχύτητα πλοίου (knots) Σχήµα 5: Πυκνότητα ενέργειας µεγίστου αποκλίνοντος κυµατισµού ταχύπλοου πλοίου εκτοπίσµατος 200 µέτρων, σε απόσταση 300 µέτρων από την πορεία του Τα παραπάνω αποτελέσµατα πρόκειται να συγκριθούν µε µετρήσεις µε µεγάλα πρότυπα στη θάλασσα, αλλά και µε καταγραφή των απόνερων από τα ίδια τα πλοία. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Όπως προκύπτει από τα παραπάνω, το πρόβληµα των απόνερων των ταχυπλόων σκαφών αφορά κυρίως τα σύγχρονα ελαφρά ταχύπλοα σκάφη υψηλών ταχυτήτων (περί τους 40 κόµβους) τα οποία ανάλογα µε τη βαθυµετρία λειτουργούν στην υποκρίσιµη ή την υπερκρίσιµη περιοχή µεταβαίνοντα συχνά από τη µία στην άλλη. Εφόσον αυτή ή εναλλαγή είναι αναπόφευκτη πρέπει τουλάχιστον να είναι απότοµη και όχι σταδιακή, ώστε να αποφεύγεται η δυσµενέστατη παραµονή στην κρίσιµη περιοχή ταχυτήτων. Οι αριθµητικές µέθοδοι παράγουν ικανοποιητικά ποιοτικά και ποσοτικά αποτελέσµατα, τα οποία πάντως συνιστάται να επιβεβαιώνονται και µε µετρήσεις σε φυσικό µέγεθος ή µε πρότυπα υπό κλίµακα. Λόγω της έντονης µεταβολής της βαθυµετρίας, ιδιαίτερα στην περιοχή των νησιών, µικρή τροποποίηση της πορείας των ελαφρών πλοίων υψηλών ταχυτήτων µπορεί να οδηγεί σε σηµαντικό περιορισµό των απόνερων που δηµιουργούν. 9

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Bertram, V. and Hughes, M.J. (1999) Practical predictions of wash using fully non-linear wave resistance codes, Intl. Conf. of High-Performance Marine Vehicles, HIPER 99, Zevenwacht, South Africa. 2. Danish Maritime Authority (1997) Report on the impact of high-speed ferries on the external environment, 22 p. 3. Gadd, G. E., (1994) The wash of boats on recreational waterways, Royal Institute of Naval Architects, paper W2, 1994 4. 22 nd I.T.T.C. Specialist Committee for the Safety of High-Speed Marine Vehicles (HSMV), (1999), Seoul. 5. Kofoed-Hansen, H., T. Jensen, O.R.Soerensen and J. Fuchs (2003) Wake wash risk assessment of high-speed ferry routes A case study and suggestions for model improvements, DHI Water & Environment, Hoersholm, RINA Conf. On the Hydrodynamics of High-Speed Craft, 7-8 November, London. 6. Leer-Anderson, M., Clason, P., Ottosson, P. Andreasson, H. and Svensson, U. (2000) Wash Waves Problems and Solutions, Trans. SNAME, Vol. 108, pp. 1-20. 7. Maritime and Coastguard Agency (MCA) (2002) A physical study of fast ferry wash characteristics in shallow water, Final Report of Research Project 457 8. Sclavounos, P.D. (1996). Computation of Wave Ship Interactions, Advances in Marine Hydrodynamics, edited by M. Qhkusu, Computational Mechanics Publ. 9. Souto A and J.A. Ortiz (2000) The influence of wake wash in ports operation, Second International Conference on Maritime Engineering and Ports, Ports2000. 27-29 September 2000, Barcelona, Spain 10