ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΥΜΑΤΙΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΘΡΑΚΙΚΟ ΠΕΛΑΓΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ ΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ SWAN Αναστασίου Σ., Συλαίος Γ.* και Τσιχριντζής Β. Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής & Τεχνολογίας -Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος Πολυτεχνική Σχολή -, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, 67100 Ξάνθη, *Tηλ.: 25410-79398, E-mail: gsylaios@env.duth.gr, sotiriaanastasiou@yahoo.com ΠΕΡΙΛΗΨΗ Παρουσιάζεται η προσοµοίωση του κυµατικού κλίµατος στο Βόρειο Αιγαίο και το Θρακικό Πέλαγος, µε απώτερο στόχο τη κατανόηση των κυµατικών χαρακτηριστικών κατά µήκος της ακτογραµµής των εκβολών του π. Νέστου, όπου το πρόβληµα της παράκτιας διάβρωσης είναι ιδιαίτερα έντονο, µετά τη κατασκευή φράγµατος στον ποταµό. Εφαρµόσθηκε το κυµατικό µαθηµατικό οµοίωµα SWAN (TU Delft) σε τρία πλέγµατα διαδοχικά µεγαλύτερης διακριτότητας, τα οποία διασυνδέθηκαν µεταξύ τους µε τη µέθοδο nesting. Έγιναν επίσης στατιστικές αναλύσεις και συγκρίσεις των παραγόµενων αποτελεσµάτων (µετρήσεων πεδίου και αποτελεσµάτων οµοιώµατος) µε στόχο τη βαθµονόµηση και πιστοποίηση του κυµατικού οµοιώµατος. Τα παραγόµενα συµπεράσµατα αφορούν στη βέλτιστη µέθοδο εφαρµογής του οµοιώµατος µε στόχο τη περιγραφή και την επιχειρησιακή πρόβλεψη του κυµατικού πεδίου σε περιοχές πολύπλοκης βαθυµετρίας, ανάλογης µε την περιοχή µελέτης. DESCRIPTION OF THE WAVE CLIMATE OF THE THRACIAN SEA USING SWAN NUMERICAL MODEL Anastasiou S, Sylaios G.* and Tsihrintzis V. Laboratory of Ecological Engineering and Technology- Department of Environmental Engineering School of Engineering - Democritus University of Thrace 67100 Xanthi, * Tel: +30-25410-79398, E-mail: gsylaios@env.duth.gr, sotiriaanastasiou@yahoo.com ABSTRACT The simulation of the wave climate of the Thracian and North Aegean Sea is presented with the purpose to describe the wave characteristics along the Nestos River mouth coastline, where the problem of coastal erosion is particularly intense, due to the construction of several dams along the river. The SWAN model (TU Delft) was implemented with the use of three nested, gradually finer resolution grids. The statistical analysis and comparison of model results with field measurements was carried out aiming at calibrating and verifying the performance of SWAN numerical model. The conclusions drawn illustrate the most efficient model implementation methodology for wave climate forecasting, in coastal areas with complex bathymetry, such as in the present case.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τις τελευταίες δεκαετίες έχει παρατηρηθεί η επιτάχυνση των διεργασιών διάβρωσης των παράκτιων ζωνών στην Μεσόγειο [1]. Εκτεταµένες µελέτες αυτού του φαινόµενου έχουν επιβεβαιώσει την τεράστια επίδραση των ανθρώπινων επεµβάσεων σε συνδυασµό µε τις κλιµατικές αλλαγές σαν τις κύριες αιτίες της εµφάνισης του. Στον Ελλαδικό χώρο οι επιπτώσεις του φαινοµένου είναι ιδιαίτερα σοβαρές καθώς το 28,6% των ακτογραµµών έχουν υποστεί τις επιπτώσεις της παράκτιας διάβρωσης [2]. Ειδικότερα, στη περιοχή της Κεραµωτής Ν. Καβάλας, η κατασκευή φραγµάτων στον π. Νέστο, του βασικού τροφοδότη φερτών υλών και η συνδυασµένη δράση κυµάτων και διαµηκών ρευµάτων προκαλεί τη δυναµική µεταβολή της ακτογραµµής εµφανίζοντας εναλλαγές περιοχών διάβρωσης και απόθεσης ιζηµάτων. Η παρούσα εργασία αποσκοπεί στη περιγραφή του κυµατικού κλίµατος στο Θρακικό Πέλαγος, µε ιδιαίτερη έµφαση στη περιοχή της ακτογραµµής των εκβολών του π. Νέστου, µε τη χρήση ενός κυµατικού µαθηµατικού οµοιώµατος (SWAN). 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ 2.1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Η περιοχή µελέτης αφορά στο Θρακικό Πέλαγος και εκτείνεται βόρεια από την νοητή γραµµή από τον Άγιο Ευστράτιο και τη χερσόνησο του Άθω (νότιο όριο) έως την ακτογραµµή του Θρακικού Πελάγους και ανατολικά, από το Κόλπο Αλεξανδρούπολης έως το Κόλπο Καβάλας, περιλαµβανοµένου και του έλτα του π. Νέστου (Σχήµα 1). Η παράκτια περιοχή βασικού ενδιαφέροντος περιλαµβάνει τις εκβολές του π. Νέστου και τις αποθέσεις άµµου στην ακτογραµµή της πόλης της Κεραµωτής. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από έντονα φαινόµενα διάβρωσης, λόγω της επί πενήντα χρόνια λειτουργίας του αρδευτικού φράγµατος των Τοξοτών, αλλά και της πιο σύγχρονης κατασκευής και λειτουργίας των µεγάλων υδροηλεκτρικών φραγµάτων Θησαυρού και Πλατανόβρυσης στο βόρειο τµήµα της ελληνικής υπολεκάνης του ποταµού. Σχήµα 1:Περιοχή µελέτης - οριοθέτηση των τριών πλεγµάτων.
2.2. ΚΥΜΑΤΙΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ Τα κυµατικά δεδοµένα που χρησιµοποιήθηκαν στην παρούσα έρευνα προέρχονται από δύο σταθµούς συνεχούς καταγραφής: α) τη πλατφόρµα παρακολούθησης του δικτύου «Ποσειδών», που βρίσκεται νότια του Άθω (συντεταγµένες 39 ο 57 78 Β 24 ο 43 32 Α) και β) το σταθµό ΤΡΙΤΩΝ αποτελούµενο από ποντισµένο στο βυθό ADCP σε βάθος 23 µέτρων στην περιοχή δυτικά της πόλης της Κεραµωτής (συντεταγµένες 40 ο 51 284 Β 24 ο 38 659 Α). Και οι δύο σταθµοί συλλέγουν δεδοµένα κυµατικών χαρακτηριστικών (σηµαντικό ύψος κύµατος, περίοδος και διεύθυνση διάδοσης) µε τρίωρη συχνότητα. Ο αριθµός των σύγχρονων µετρήσεων που χρησιµοποιήθηκαν στη παρούσα εργασία και από τους δύο σταθµούς ήταν 2.422, µετρήσεις, που αφορούν τη χρονική περίοδο από 20/7/2007 έως 19/5/2008. Ενδεχόµενα κενά στη χρονοσειρά του σταθµού ΤΡΙΤΩΝ εκτιµήθηκαν µέσω του λογισµικού SPSS µε τη χρήση της µεθόδου ΕΜ (expectation-maximization). Για τις τιµές σηµαντικού ύψους κύµατος και περιόδου των δύο σταθµών, έγινε στατιστική επεξεργασία και υπολογισµός των στατιστικών παραµέτρων και στη συνέχεια συσχετισµός µεταξύ τους. Τέλος έγινε υπολογισµός των µηκών ενεργού αναπτύγµατος (fetch) προς όλες τις διευθύνσεις για το σηµείο πόντισης του σταθµού ΤΡΙΤΩΝ σύµφωνα µε τη µέθοδο SMB. 2.3. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΚΥΜΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ SWAN Το SWAN (Simulating Waves Nearshore) είναι ένα µοντέλο, τρίτης γενιάς, προσοµοίωσης της διάδοσης των κυµατισµών στο παράκτιο χώρο και στην ανοιχτή θάλασσα, και όπως έχει αποδειχτεί δίνει ικανοποιητικά αποτελέσµατα [3]. Αναπτύχθηκε από το Delft University of Technology και διατίθεται ελεύθερα από το διαδίκτυο. Μπορεί να επιλυθεί για το σύνολο του εύρους των κυµατικών συχνοτήτων και για διευθύνσεις διάδοσης κυµάτων από 0 έως 360. Τα χαρακτηριστικά των κυµατισµών περιγράφονται στο SWAN µε την επίλυση σε δύο διαστάσεις της εξίσωση ισορροπίας της κυµατικής δράσης (action balance equation) [4]. Το πιο σηµαντικό πρόβληµα που αντιµετωπίζει το SWAN κατά την επίλυση της εξίσωσης αυτής αφορά στην προσοµοίωση του φαινοµένου της περίθλασης, όπως προκύπτει από την ύπαρξη κατασκευών ή εµποδίων στην πορεία διάδοσης των κυµατισµών [5]. 2.4. ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Τα δεδοµένα βαθυµετρίας της περιοχής µελέτης που εισήχθησαν στο µοντέλο προέκυψαν από ψηφιοποίηση χάρτη βαθυµετρίας του Βορείου Αιγαίου µε το λογισµικό Mapinfo. Στη συνέχεια χρησιµοποιήθηκε το λογισµικό Vertical Mapper για τον υπολογισµό µέσω της γραµµικής παρεµβολής των τιµών βάθους σε κάθε κελί του πλέγµατος. Στο µοντέλο χρησιµοποιήθηκαν 3 ορθογωνικά πλέγµατα σταδιακά αυξανόµενης διακριτότητας (Πίνακας 1). Τα αποτελέσµατα της εφαρµογής του µοντέλου στην ευρύτερη περιοχή (πρώτη εφαρµογή) αποτέλεσαν τα δεδοµένα εισαγωγής σε ότι αφορά τις οριακές συνθήκες για τα τρία όρια (πλευρές) του δευτέρου πλέγµατος (nesting). Η εφαρµογή του µοντέλου σε αυτό έδωσε αντίστοιχα τις οριακές συνθήκες του τρίτου µικρότερου πλέγµατος µε διαστάσεις κελιού µόλις 50 m. Το µοντέλο εφαρµόσθηκε µε δύο τρόπους: Στην πρώτη περίπτωση, τα νησιά στην περιοχή θεωρήθηκαν ως πεδία µηδενικής βαθυµετρίας, ενώ στην δεύτερη περίπτωση η παρουσία ενός νησιού ή προέκτασης της ξηράς αντιµετωπίστηκε από το µοντέλο σαν εµπόδιο στην πορεία διάδοσης των κυµατισµών, µε µηδενικό συντελεστή µετάδοσης και µηδενικό συντελεστή ανάκλασης. Η επιλογή αυτή οφείλεται στο ότι η αναλογία µεταξύ µήκους κύµατος και πλευράς κελιού και για τα τρία πλέγµατα απείχε αισθητά από την απαιτούµενη προϋπόθεση εφαρµογής του µοντέλου, ώστε να µπορεί να ενεργοποιηθεί η εντολή άµεσου
υπολογισµού της κυµατικής περίθλασης. Το φαινοµένου της περίθλασης στο κυµατικό πεδίο υπολογίζεται έµµεσα από την επίδραση της παρουσίας των εµποδίων σε αυτό µε ικανοποιητικά αποτελέσµατα. Σε όλες τις εφαρµογές έγινε υπολογισµός για το κάθε κελί του υπολογιστικού πεδίου του σηµαντικού ύψους κύµατος (Hsig), της µέγιστης περιόδου κύµατος (Tp), της διεύθυνσης διάδοσης του µετώπου (Dir) και της διεύθυνσης διάδοσης της ενέργειας του κύµατος. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά των τριών πλεγµάτων σταδιακά αυξανόµενης διακριτότητας που χρησιµοποιήθηκαν στην εφαρµογή του µοντέλου SWAN για το Θρακικό Πέλαγος. ΠΛΕΓΜΑ ΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ ΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΕΛΙΟΥ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ ΟΡΙΑΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Κάνναβος χαµηλής διακριτότητας x=164 km, y=112 km 1000 m 39 95 Β-24 10 Α- 40 95 Β-26 10 Α Οριακές συνθήκες κύµατος στο νότιο όριο από το σταθµό Άθω. Αποτελέσµατα Hsig, Tp, Dir στα όρια του δεύτερου πλέγµατος και για κάθε 300 m. Κάνναβος ενδιάµεσης διακριτότητας x=54,9 km, y=47,4 km 300 m 40 35 Β-24 30 Α- 40 95 Β-24 90 Α Οριακές συνθήκες από το προηγούµενο πλέγµα. Αποτελέσµατα Hsig, Tp, Dir στα όρια του δεύτερου πλέγµατος και για κάθε 50 m. Κάνναβος υψηλής διακριτότητας x=16,35 km, y=5,3 km 50 m 40 84 Β-24 60 Α- 40 88 Β-24 80 Α Οριακές συνθήκες από το προηγούµενο πλέγµα. Κυµατικό πεδίο Hsig, Tp, Dir κατά µήκος της ακτογραµµής. 2.5. ΟΡΙΑΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΚΥΜΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Τα κυµατικά δεδοµένα που εισήχθησαν στο κυµατικό µοντέλο προέρχονται από των σταθµό του συστήµατος «ΠΟΣΕΙ ΩΝΑ» στον Άθω και θεωρηθήκαν ενιαία και οµοιόµορφα για όλη την νότια πλευρά του πλέγµατος χαµηλής διακριτότητας. Τα δεδοµένα ανέµου προέρχονται από το συνδυασµένο σύστηµα δορυφορικών µετεωρολογικών παρατηρήσεων και µετεωρολογικών µοντέλων ΝΟΑΑ. Η εισαγωγή της έντασης και της διεύθυνσης του ανέµου έγινε και στα τρία πλέγµατα διαρκώς αυξανόµενης διακριτότητας, στις ίδιες ακριβώς συντεταγµένες µε αυτές των πλεγµάτων βαθυµετρίας. Η χρονική περίοδος την οποία κάλυψε το µοντέλο είναι από 8/12/2007 03:40 έως 17/2/2007 09:40 µε χρονικό βήµα 3 ωρών, παράγοντας συνολικά 74 µετρήσεις. Τα αποτελέσµατα που παρήχθησαν από το µοντέλο σε κάθε κελί των τριών καννάβων ήταν το σηµαντικό ύψος κύµατος (Hsig), η µέγιστη περίοδος (Τp) και η διεύθυνση διάδοσης (Dir). Στην συνέχεια και για τις δύο περιπτώσεις έγινε διαχωρισµός των αποτελεσµάτων σύµφωνα µε την γωνία εισόδου του κύµατος στην περιοχή του Άθω σε δύο κατηγορίες α) 0-180 (κύµα βόρειας διεύθυνσης διάδοσης, δηλ. εισερχόµενο στο υπολογιστικό πλέγµα), και β) 180-360 (κύµα νότιας διεύθυνσης διάδοσης, δηλ. εξερχόµενο από το υπολογιστικό πλέγµα), σε σύστηµα αξόνων µε φορά αντί- ωρολογιακή και αρχή στον άξονα x. Για να γίνει σύγκριση των τιµών διεύθυνσης υπολογίσθηκε η ελάχιστη διαφορά dφ σε µοίρες µεταξύ των τιµών του ADCP και αυτών που υπολογίσθηκαν από το µοντέλο, σε κάθε περίπτωση, σύµφωνα µε τους τύπους: dφ= Dir(ADCP)-Dir(SWAN) όταν (Dir(ADCP)-Dir(SWAN) 180 (1) dφ= 360- Dir(ADCP)-Dir(SWAN) όταν (Dir(ADCP)-Dir(SWAN) 180 (2) Κατόπιν, έλαβε χώρα ετεροσυσχέτιση των τιµών του σηµαντικού ύψους κύµατος και των περιόδων µεταξύ των αποτελεσµάτων του µοντέλου στη θέση ΤΡΙΤΩΝ και τους σταθµού Άθω. Για τη βαθµονόµηση του µοντέλου, έγινε γραµµική παρεµβολή µεταξύ των
αποτελεσµάτων του µοντέλου SWAN στο κελί του σταθµού ΤΡΙΤΩΝ και των µετρήσεων του ADCP, για κάθε µία από τις παραπάνω περιπτώσεις. Προέκυψε ότι καλύτερα αποτελέσµατα για κύµα που εισέρχονταν στην περιοχή µελέτης, παρήχθησαν από το µοντέλο στις περιπτώσεις που γινόταν η απεικόνιση των νησιών ως εµπόδια στην διάδοση του κύµατος και λαµβάνοντας υπόψη τη χρονική υστέρηση µεταξύ των δύο σταθµών µέτρησης. Για κυµατισµούς που εξέρχονταν από την περιοχή το µοντέλο είχε καλύτερη απόδοση όταν εφαρµόσθηκε µε την κλασσική µεθοδολογία και ιδιαίτερα σε ότι αφορούσε το ύψος κύµατος και την περίοδο όταν λαµβάνονταν υπόψη και η χρονική υστέρηση. Στην συνέχεια το µοντέλο έτρεξε για την περίοδο 1/12/2007 06:40 έως 7/12/2007 09:40 κατά την οποία οι κυµατισµοί κυρίως εξέρχονταν από την ευρύτερη περιοχή µελέτης, για κάθε τρείς ώρες λαµβάνοντας τα νησιά ως εµπόδια και πάλι µε δεδοµένα ανέµου από το ΝΟΑΑ. Στα αποτελέσµατα του µοντέλου έγινε ακριβώς η ίδια επεξεργασία καθώς και διόρθωση των αποτελεσµάτων του µοντέλου µε την χρήση των γραµµικών εξισώσεων όπως προέκυψαν από την παραπάνω στατιστική επεξεργασία. Εφαρµόστηκε γραµµική παλινδρόµηση µεταξύ των αποτελεσµάτων του µοντέλου και των καταγραφών κυµάτων στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ. Οι εξισώσεις διόρθωσης και βελτίωσης των αποτελεσµάτων του γραµµικού µοντέλου στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ είναι: Για γωνίες εισαγωγής κύµατος 180 από τον Άθω (εισερχόµενο κύµα) Ηsig = 0,12+1,15*Ηs(SWAN) (3) Tp = 2,27+0,561*Tp(SWAN) (4) Και για γωνίες >180 (εξερχόµενο κύµα) Ηsig = 0,860-1,15*Ηs(SWAN) (5) Tp = 5,63-0,144*Tp(SWAN) (6) 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 3.1. ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΜΑΤΙΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Από την ανάλυση των σηµαντικών υψών για τους δύο σταθµούς µέτρησης προκύπτει ότι για τον σταθµό ΤΡΙΤΩΝ τα κύµατα µε σηµαντικό ύψος έως και 0.3 m διαθέτουν συχνότητα εµφάνισης άνω του 58%. Αντίστοιχα, για τον Άθω, κύµατα µε σηµαντικό ύψος έως και 1 m διαθέτουν συχνότητα εµφάνισης περίπου 60%. Οι µέγιστες τιµές του σηµαντικού ύψους κύµατος είναι 1.51 m για το σταθµό ΤΡΙΤΩΝ και 3.52 m για τον Άθω, αντίστοιχα. Οι τιµές περιόδων των µέγιστων κυµάτων είναι 11.6 s για το ΤΡΙΤΩΝ και 10.0 s για τον Άθω, αντίστοιχα. Τα µεγαλύτερα ύψη κύµατος στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ εµφανίζονται από τη νότιοανατολική, και νότιο-δυτική διεύθυνση (77,8% και 22,2%, αντίστοιχα). Τα κύµατα στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ, σε όλη σχεδόν την χρονική περίοδο µελέτης, προέρχονται από νότιοανατολική και ανατολική διεύθυνση (συχνότητα εµφάνισης 51,7% και 16,1% αντίστοιχα). Στον σταθµό Άθω, τα µεγαλύτερα ύψη κύµατος εµφανίζονται µε µεγαλύτερη συχνότητα από τη βόρειο ανατολική και νότιο-δυτική διεύθυνση (συχνότητα εµφάνισης 26% και 44,4%, αντίστοιχα) ενώ οι υψηλότερες συχνότητες εµφάνισης των κυµατισµών αφορούν τη βόρειοανατολική διεύθυνση (συχνότητα εµφάνισης 35,3% για σχεδόν όλες τις τάξεις ύψους κύµατος). Σε ότι αφορά την µέγιστη περίοδο στους σταθµούς ΤΡΙΤΩΝ και Άθω, οι κυµατισµοί µε τα µεγαλύτερα ύψη εµφανίζουν περιόδους µεταξύ των 5 µε 10 s. Η χρονική αντιστοιχία µεταξύ των δύο σταθµών υπολογίστηκε µε την µέθοδο της ετεροσυσχέτισης (cross correlation), από όπου προέκυψε ότι οι δύο χρονοσειρές ύψους κύµατος διακυµαίνονται µε µηδενική χρονική υστέρηση (time lag). Οι µέγιστες τιµές συσχέτισης αφορούν χρονική υστέρηση µεταξύ των σταθµών περίπου 2 ωρών. Οι µέγιστες τιµές ύψους κύµατος στον σταθµό ΤΡΙΤΩΝ παρατηρούνται για τιµές ύψους κύµατος στον
σταθµό του Άθω µεταξύ 2-3 m, ενώ για τιµές µεταξύ 1-2 m οι τιµές του ύψους κύµατος στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ κατανέµονται πιο οµοιόµορφα. Γενικά, κυµατισµοί που προέρχονται από βόριο-ανατολική διεύθυνση στον Άθω, καταγράφονται στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ ως κυµατισµοί ανατολικής και νότιο-ανατολικής διεύθυνσης. Αντίστοιχα, κυµατισµοί βόρειο-δυτικής και δυτική διεύθυνσης στον Άθω, φθάνουν στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ ως κύµατα ανατολικής και νότιο-ανατολικής διεύθυνσης. Οι µέγιστες συχνότητες εµφάνισης κυµάτων στο σταθµό ΤΡΙΤΩΝ παρατηρούνται γενικά από τις ανατολικές και νοτιοανατολικές διευθύνσεις, για όλες σχεδόν τις διευθύνσεις κύµατος του Άθω. Έγινε στατιστική επεξεργασία των κυµατικών παραµέτρων και για τους δύο σταθµούς και για κάθε µήνα ξεχωριστά. Προκύπτει ότι στη περιοχή µελέτης του σταθµού ΤΡΙΤΩΝ, τα µεγαλύτερα ύψη κύµατος παρατηρήθηκαν κατά την διάρκεια του Οκτωβρίου και του Μαρτίου, ενώ τα µικρότερα κατά την διάρκεια των τελευταίων ανοιξιάτικων και των καλοκαιρινών µηνών. Οι περίοδοι είναι µεγαλύτερες κυρίως κατά τους χειµερινούς µήνες. Στην περιοχή του σταθµού του Άθω, τα µεγαλύτερα ύψη κύµατος απαντώνται από τον Νοέµβριο έως και τον Φεβρουάριο, ενώ είναι αρκετά πιο χαµηλά τον Μάιο και τους θερινούς µήνες. 3.2. ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΜΟΝΤΕΛΟΥ SWAN Ενδεικτικά αποτελέσµατα του µοντέλου SWAN στα τρία διαδοχικά υπολογιστικά πλέγµατα που εφαρµόσθηκε δίνονται στο Σχήµα 2. Σχήµα 2. Τυπικά παραγόµενα αποτελέσµατα κατά την εφαρµογή του µοντέλου SWAN στα τρία διασυνδεδεµένα πλέγµατα του Θρακικού Πελάγους.
Για την σύγκριση των αποτελεσµάτων από τις διάφορες εφαρµογές του µοντέλου SWAN σε σχέση µε τις µετρήσεις του ADCP υπολογίστηκε ο συντελεστής προσδιορισµού R 2 (coefficient of determination) για το σηµαντικό ύψος κύµατος και την περίοδο. Για τιµές του R 2 κοντά στο 1 το µοντέλο θεωρείται ότι έχει την µέγιστη απόκριση. Για R 2 >0,7 µπορούµε να θεωρήσουµε ότι έχουµε ένα αρκετά αξιόπιστο µοντέλο [6] (Πίνακας 2). Σε ότι αφορά τις διευθύνσεις διάδοσης έγινε στατιστική επεξεργασία των ελάχιστων διαφορών (Πίνακας 3). Πίνακας 2. Αποτελέσµατα της σύγκρισης των διαφόρων µεθοδολογιών εφαρµογής του µοντέλου SWAN σε σχέση µε τις µετρήσεις πεδίου όπως κατεγράφησαν από το ADCP του σταθµού «ΤΡΙΤΩΝ» για το σηµαντικό ύψος κύµατος και την περίοδο των κυµατισµών. Γραµµική παλινδρόµηση µε χρονική υστέρηση SWAN Hsig 0-180 SWAN Tp 0-180 SWAN Hsig 180-360 SWAN Tp 180-360 R2 0.293 0.685 0.002 0.057 Γραµµική παλινδρόµηση µε χρονική υστέρηση SWAN Hsig 0-180 SWAN Tp 0-180 SWAN Hsig 180-360 SWAN Tp 180-360 R2 0.399 0.548 0.014 0.015 Γραµµική παλινδρόµηση µε χρονική υστέρηση SWAN Hsig 0-180 6h SWAN Tp 0-180 6h SWAN Hsig 180-360 12h SWAN Tp 180-360 12h R2 0.825 0.620 0.572 0.095 Γραµµική παλινδρόµηση µε χρονική υστέρηση SWAN Hsig 0-180 6h SWAN Tp 0-180 6h SWAN Hsig 180-360 12h SWAN Tp 180-360 12h R2 0.761 0.347 0.614 0.183 Πίνακας 3. Αποτελέσµατα της σύγκρισης των διαφόρων µεθοδολογιών εφαρµογής του µοντέλου SWAN σε σχέση µε τις µετρήσεις πεδίου όπως κατεγράφησαν από το ADCP του σταθµού «ΤΡΙΤΩΝ» για την διεύθυνση διάδοσης. Αποτελέσµατα Σταριστικής Επεξεργασίας των dφ σε µοίρες SWAN Dir 0-180 SWAN ΝΗΣΙΩΝ ΩΣ Dir 0-180 ΕΜΠΟ ΙΑ SWAN Dir 180-360 ΝΗΣΙΩΝ ΩΣ ΕΜΠΟ ΙΑ SWAN Dir 180-360 SWAN Dir 0-180 6h ΝΗΣΙΩΝ ΩΣ ΕΜΠΟ ΙΑ SWAN Dir 0-180 6h SWAN Dir 180-360 12h ΝΗΣΙΩΝ ΩΣ ΕΜΠΟ ΙΑ SWAN Dir 180-360 12h ιάµεσος 19.6 40.6 56.7 70.3 15.4 47.9 75.5 78.3 Τυπική Απόκλιση 51.2 44.0 31.8 25.3 45.4 37.0 29.9 23.8 Μέση Απόλυτη Απόκλιση 17.4 10.8 19.4 10.7 14.8 14.1 27.6 16.6 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Όπως προκύπτει από τα παραπάνω, τα κυµατικά φαινόµενα στην περιοχή των εκβολών του π. Νέστου έχουν κατά ένα µεγάλο ποσοστό τοπικό χαρακτήρα και επηρεάζονται ιδιαίτερα από την µορφολογία της περιοχής λόγω της παρουσίας ακριβώς νότια του νησιού της Θάσου. Τα µεγαλύτερα ύψη κύµατος και περίοδοι προέρχονται από την ανατολική µέχρι και νότιοανατολική διεύθυνση, σε αντιστοιχία µε τα µεγαλύτερα µήκη των ενεργών αναπτυγµάτων της
περιοχής. Τα κυµατικά φαινόµενα στον Άθω επηρεάζουν έµµεσα την περιοχή του σταθµού ΤΡΙΤΩΝ, κυρίως όταν λαµβάνουν τιµές σηµαντικού ύψους µεγαλύτερες των 2 m. Η εφαρµογή του µοντέλου SWAN στη συγκεκριµένη περιοχή φαίνεται να δίνει καλύτερα αποτελέσµατα όταν κατά τη διαµόρφωσή του η παρουσία της ξηράς αντιµετωπίζεται ως εµπόδιο στην διάδοση των κυµατισµών όταν αυτοί εισέρχονται στην περιοχή ενώ συµβαίνει το αντίθετο για κυµατισµούς που εξέρχονται. Η βελτίωση στην απόδοση του µοντέλου στην προσοµοίωση των νησιών ως εµποδίων για εισερχόµενο κύµα είναι εµφανής, κυρίως σε ότι αφορά στον υπολογισµό του σηµαντικού ύψους κύµατος και της περιόδου. Το ίδιο φαίνεται να συµβαίνει στην περίπτωση εξερχόµενων κυµάτων όταν προσοµοιώνονται απουσίας των εµποδίων. Για κύµατα εισερχόµενα στο υπολογιστικό πλέγµα, τα RMSE και Mean BIAS είναι γενικά πιο υψηλά ασχέτως µεθόδου σε σύγκριση µε τα εξερχόµενα κύµατα. Σε ότι αφορά στην διεύθυνση διάδοσης, τα αποτελέσµατα όπως προκύπτουν και από την στατιστική επεξεργασία δείχνουν ότι σε γενικές γραµµές η απόδοση του SWAN, ασχέτως µεθοδολογίας εφαρµογής του, είναι πολύ χαµηλή. Αυτό πιθανόν να οφείλεται στην δυσκολία του SWAN να υπολογίσει την διεύθυνση διάδοσης των κυµατισµών σε µία περιοχή που χαρακτηρίζεται από την παρουσία πολύπλοκης βαθυµετρίας και νησιών, καθώς το φαινόµενο της περίθλασης δεν αποτυπώνεται ικανοποιητικά από το µοντέλο. Στην περίπτωση του υπολογισµού της περιόδου για κυµατισµούς που εισέρχονται στην περιοχή µελέτης η ακρίβεια του µοντέλου είναι από µέτρια έως ικανοποιητική ενώ για εξερχόµενα κύµα είναι πολύ κακή. Οι γραµµικές εξισώσεις που υπολογίσθηκαν µέσω της βαθµονόµησης του µοντέλου για την περιοχή µελέτης δεν βελτιώνουν τα αποτελέσµατα, σε ότι αφορά το σηµαντικό ύψος κύµατος, και δεν φαίνεται να έχουν θετική επίδραση όσον αφορά την περίοδο. Σε γενικές γραµµές επίσης δεν µειώνουν το συστηµατικό και το τυχαίο λάθος. Στην παρούσα εφαρµογή το µοντέλο SWAN, όπως προκύπτει τείνει να υποεκτιµά το σηµαντικό ύψος κύµατος και την περίοδο, ασχέτως µεθόδου που εφαρµόσθηκε. Αυτό το γεγονός σε ότι αφορά το σηµαντικό ύψος κύµατος (Ηsig), δεν φαίνεται να οφείλεται σε συστηµατικό λάθος, αλλά κυρίως στην ύπαρξη πολλών και µεγάλου µεγέθους νησιών στην περιοχή, τα οποία αυξάνουν σηµαντικά της απώλειες ενέργειας λόγω της επίδρασης της ρήχωσης [7]. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία αποτελεί τµήµα διδακτορικής έρευνας η οποία χρηµατοδοτείται από το πρόγραµµα " Ηράκλειτος II.Το πρόγραµµα συγχρηµατοδοτείται από Ευρωπαϊκά κονδύλια (75%) και εθνικούς πόρους (25%). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Brochier F. and E. Ramieri (2001) Climate Change Impacts on the Mediterranean Coastal Zones, Fondazione Eni Enrico Mattei, Nota di Lavoro. 2. EUROSION (2004) Living with Coastal Erosion in Europe: Sediment and space for sustainability. Report Part 2, Maps and Statistics, 25 p. 3. Komen, G.J., Cavaleri, L., Donelan, M., Hasselmann, K. and Hasselmann, S. and, P.A.E.M. Janssen (1994) Dynamics and modelling of Ocean Waves, Cambridge University Press, NY. 4. Willmot C., Ackleson, S., Davis R., Feddema J., Klink K., Legates D., O'Donnell J., and C. Rowe (1985) Statistics for the evaluation and comparison of models, Journal of Geophysical Research, Vol. 90, No. C5, pp. 8995-9005.
5. Enet F., Nahon A., van Vledder G. and D. Hurdle (2006) Evaluation of Diffraction Behind a semi-infinite Breakwater in the SWAN Wave Model, Proceedings of 9th International Symposium on Ocean Wave Measurement and Analysis - WAVES06. 6. Ris R. C., Holthuijsen L. H., and N. Booij (1999) A third-generation wave model for coastal regions Verification, Journal of Geophysical Research, Vol. 104, No. C4, pp. 7667 7681. 7. Battjes, J.A. and J.P.F.M. Janssen (1978) Energy loss and set-up due to breaking of random waves, Proc. 16th Int. Conf. Coastal Engineering, ASCE, pp. 569-587.