Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Τομέας Θαλάσσιας Γεωλογίας και Γεωφυσικής ΜΕΛΕΤΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΚΤΩΝ ΚΟΛΠΟΥ ΧΑΝΙΩΝ Εφαρμογή μαθηματικού μοντέλου MIKE21 Coupled Model FM για την ακτομηχανική διερεύνηση στον Πλατανιά Επιστημονικός Υπεύθυνος: Δρ Β. Καψιμάλης, Θαλάσσιος Γεωλόγος - Ιζηματολόγος Επιστημονικός συνεργάτης: Φ. Κ. Γαδ, Πολιτικός Μηχανικός Αθήνα, Απρίλιος 2019
Περιοχή Μελέτης Πλατανιάς - Αγία Μαρίνα - Σταλός
Περιοχή Μελέτης Βαθυμετρικά, τοπογραφικά και κοκκομετρικά δεδομένα Βυθομέτρηση με χρήση πολυδεσμικών ηχοβολιστικών συστημάτων (multi-beam echo sounders) Έως μέγιστο βάθος 69 m Δειγματοληψίες Κοκκομετρική ανάλυση Αμμώδης πυθμένας, με εξαίρεση κάποια βραχώδη τμήματα στο αλιευτικό καταφύγιο του Πλατανιά και στην Αγία Μαρίνα Επιτόπου μετρήσεις σε τοπογραφικές τομές Ύψος ανώτερου αναβαθμού 0.8 έως 3.8 m Κλίση ακτής 3.6%-23.6% Δεδομένα τοπογραφίας από το Κτηματολόγιο
Περιοχή Μελέτης Κυματικά και υδροδυναμικά δεδομένα από μετρήσεις Μετρήσεις με υποθαλάσσιο όργανο AWAC - χρονική περίοδος 6 μηνών (28/09/2013-03/04/2014) Επικρατούντες κυματισμοί: Β-ΒΑ Ισχυρότερα κυματικά γεγονότα: Β-ΒΑ Βαθμονόμηση μοντέλου Ανεμολογικά και κυματικά δεδομένα από μοντέλο «Άτλαντας Ανέμου και Κύματος των Ελληνικών Θαλασσών» (Soukissian et al. 2007) - χρονική περίοδος 1995-2004 Επικρατούντες άνεμοι: ΝΔ, ΒΑ, Δ Επικρατούντες κυματισμοί: Δ, Β Ισχυρότερα κυματικά γεγονότα: Β
Μαθηματικό Μοντέλο - MIKE 21 Couple Model FM Για την ακτομηχανική διερεύνηση της περιοχής έγινε χρήση του MIKE 21 Coupled Model FM του Danish Hydraulic Institute (DHI), το οποίο παρέχει σύζευξη τριών λογισμικών μονάδων: Υδροδυναμικού μοντέλου (HD Module) Φασματικού κυματικού μοντέλου (SW Module) Μοντέλου στερεομεταφοράς μη συνεκτικών ιζημάτων (ST Module) To HD και το SW αποτελούν τις δύο βασικές υπολογιστικές συνιστώσες του MIKE 21 Coupled Model FM. Το ST υπολογίζει τη στερεομεταφορά και τις μεταβολές της στάθμης του πυθμένα λόγω διάβρωσης ή απόθεσης, οι οποίες είναι δυνατόν να ληφθούν υπόψη στους υπολογισμούς των κυματισμών και των ρευμάτων κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης.
Μαθηματικό Μοντέλο - MIKE 21 Couple Model FM Δεδομένα για τη σύνθεση του μοντέλου (Model Setup) Βαθυμετρικά Κοκκομετρικά και μορφολογικά Κυματικά χαρακτηριστικά και θαλάσσια στάθμη Παροχή Υδατορεμάτων Αποτελέσματα μοντέλου Κυματικά χαρακτηριστικά (Hs, Tp, MWD) Ταχύτητα και κατεύθυνση ρευμάτων Στερεομεταφορά Μεταβολή στάθμης πυθμένα (εντοπισμός θέσεων διάβρωσης και απόθεσης ιζήματος)
Μαθηματικό Μοντέλο - MIKE 21 Couple Model FM Η βαθυμετρία εισάγεται στο μοντέλο υπό μορφή ευέλικτου πλέγματος τριγωνικών ή ορθογωνικών στοιχείων (Flexible Mesh). Πυκνό πλέγμα στην περιοχή ενδιαφέροντος επιτυγχάνεται υψηλή ανάλυση και μεγάλη ακρίβεια στα αποτελέσματα. Αδρό πλέγμα στην υπόλοιπη έκταση του μοντέλου συμβάλει στον περιορισμό του χρόνου των υπολογισμών.
Βαθυμετρία Μοντέλου
Κυματικά Σενάρια Για την ακτομηχανική διερεύνηση γίνεται προσομοίωση κυματικών σεναρίων τα οποία είναι ενεργειακά ισοδύναμα με το ετήσιο κλίμα της περιοχής μελέτης. Για την επιλογή των αντιπροσωπευτικών κυματισμών χρησιμοποιείται η έννοια της ροής κυματικής ενέργειας, η οποία είναι ανάλογη της στερεομεταφοράς που προκαλείται από τους αντίστοιχους κυματισμούς. Η ροή ενέργειας είναι ανάλογη του γινομένου Η i2 x T i. H πραγματική ροή ενέργειας κάθε κυματικού γεγονότος υπολογίζεται από το γινόμενο της ροής ενέργειας επί την ετήσια συχνότητα εμφάνισης (f i ) του συγκεκριμένου γεγονότος, δηλαδή f i x Η i2 x T i Η συχνότητα ανά έτος που πρέπει να επενεργεί ο αντιπροσωπευτικός κυματισμός για να προκαλέσει στερεομεταφορά ισοδύναμη με αυτήν που αντιστοιχεί σε όλους τους κυματισμούς μιας διεύθυνσης, προκύπτει από τον λόγο:
Κυματικά Σενάρια Επιλέγονται τέσσερα (4) κυματικά σενάρια Η στερεομεταφορά στη περιοχή μελέτης διαμορφώνεται κυρίως από Β και ΒΑ κυματισμούς (Σ1β & Σ2β) Ο Δ κυματισμός (Σ3β) δεν προκαλεί σημαντική στερομεταφορά ούτε μορφολογική μεταβολή στον πυθμένα Σενάριο Hs (m) Tp (s) MWD (deg Ν) Συχνότητα Χρόνος προσομοίωσης (ημέρες) Σ1 2.75 8.25 0 2% 7.5 Σ2 1.75 6.75 15 8.3% 30.5 Σ3 1.25 3.75 270 17.9% 65.5 Σ4 1.25 5.25 60 0.6% 2
Σημαντικό Ύψος Κύματος (m) Σενάριο 2: H s = 1.75 m, Τ p = 6.75 s, MWD = 15 deg N
Ταχύτητα Ρεύματος (m/s) Σενάριο 2: H s = 1.75 m, Τ p = 6.75 s, MWD = 15 deg N
Ρυθμός Στερεομεταφοράς (m 3 /s/m) Σενάριο 2: H s = 1.75 m, Τ p = 6.75 s, MWD = 15 deg N
Μεταβολή Στάθμης Πυθμένα (m) Σενάριο 2: H s = 1.75 m, Τ p = 6.75 s, MWD = 15 deg N
Αποτελέσματα Υφιστάμενης Κατάστασης Στη διαμόρφωση του κυματικού πεδίου σημαντική είναι η επίδραση της παρουσίας του νησιού των Αγίων Θεοδώρων, το οποίο λειτουργεί ως εμπόδιο στη μετάδοση των κυματισμών προς την ακτή, προκαλώντας περίθλαση και μεταβολή της κατεύθυνσης και του ύψους τους. Το κυματογενές ρεύμα είναι ασθενές στο μεγαλύτερο τμήμα της ακτής. Το καθεστώς της στερεομεταφοράς στην περιοχή μελέτης διαμορφώνεται κυρίως από κυματισμούς Β-ΒΑ διευθύνσεων, ενώ η επίδραση των επικρατούντων Δ κυματισμών στην μετακίνηση των ιζημάτων θεωρείται αμελητέα. Παρατηρείται το φαινόμενο της διάβρωσης του μετώπου της ακτής, που έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός ύφαλου αναβαθμού παράλληλου προς την ακτογραμμή.
Αποτελέσματα Υφιστάμενης Κατάστασης Η διάβρωση είναι έντονη στην περιοχή όπου έχει κατασκευαστεί ένα σύστημα έξι προβόλων. Προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση της παρουσίας των κατασκευών στις παράκτιες διεργασίες και στη μορφολογία του πυθμένα έγινε προσομοίωση της στερεομεταφοράς χωρίς την παρουσία των προβόλων. Για την αντιμετώπιση του φαινομένου της διάβρωσης στο σύστημα των προβόλων προτείνεται η τεχνητή αναπλήρωση της ακτής ώστε να διατηρηθεί το επιθυμητό πλάτος της παραλίας Η αναπλήρωση της ακτής αποτελεί μια ήπια περιβαλλοντικά μέθοδο και ταυτόχρονα πιο οικονομική λύση σε σύγκριση με την κατασκευή συμβατικών τεχνικών έργων. Επιπλέον δεν αλλοιώνει οπτικά το τοπίο και δεν προκαλεί αισθητική υποβάθμιση.
Σενάριο: Ακτή χωρίς το σύστημα των προβόλων Υφιστάμενη κατάσταση Χωρίς σύστημα προβόλων Ρυθμός στερεομεταφοράς Η παρουσία των έργων δεν έχει επηρεάσει το καθεστώς της στερεομεταφοράς. Το μέγεθος και η κατεύθυνση της στερεομεταφοράς δεν έχουν μεταβληθεί σημαντικά.
Σενάριο: Ακτή χωρίς το σύστημα των προβόλων Υφιστάμενη κατάσταση Χωρίς σύστημα προβόλων Μεταβολή στάθμης πυθμένα Το σύστημα των προβόλων δεν κρίνεται αποτελεσματικό καθώς δεν έχει περιορίσει το φαινόμετο της διάβρωσης. *Τα σημεία στις εικόνες αποτελούν σημεία της αρχικής ακτογραμμής.
Προτεινόμενα Έργα Για την προστασία της ακτής της Αγίας Μαρίνας έναντι της διάβρωσης προτείνεται η μέθοδος της τεχνητής αναπλήρωσης, κατά την οποία διαμορφώνεται στο μέτωπο της ακτής ένας τεχνητός αναβαθμός από ίζημα (δάνειο υλικό) πιο χονδρόκοκκο από το υπάρχον (επιτόπιο υλικό). Το δάνειο υλικό, το οποίο προέρχεται από τη θαλάσσια ζώνη της υπό μελέτη ακτής, από παρακείμενες ακτές (όπου πιθανόν παρουσιάζεται συσσώρευση ιζήματος) ή από δανειοθαλάμους στην ξηρά, πρέπει να έχει κατάλληλη κοκκομετρία και να είναι συμβιβαστό με το επιτόπιο ίζημα. Πηγή: USACE, 2006
Τεχνητή Αναπλήρωση Διάμετρος κόκκων δάνειου υλικού: D = 1.1 mm Τεχνητός αναβαθμός: ύψος στέψης h=+1.50 m από ΜΣΘ & πλάτος στέψης w=7 m Εκτιμώμενος όγκος: V = 14.94 m 3 / m
Τεχνητή Αναπλήρωση Αρχική βαθυμετρία Τεχνητός αναβαθμός
Τεχνητή Αναπλήρωση Υφιστάμενη κατάσταση Εφαρμογή τεχνητής αναπλήρωσης Μεταβολή στάθμης πυθμένα Επιτυγχάνεται αύξηση του πλάτους της παραλίας Περιορίζεται η διάβρωση 3-7% *Με διακεκομμένη γραμμή απεικονίζεται η αρχική ακτογραμμή.
Τεχνητή Αναπλήρωση
Συνοπτικά Στην περιοχή δεν επικρατεί η παράλληλη προς την ακτή συνιστώσα της στερεομεταφοράς και έτσι το σύστημα των προβόλων κρίνεται ανεπαρκές για την προστασία της έναντι της διάβρωσης. Η τεχνητή αναπλήρωση που προτείνεται αποτελεί μια ήπια περιβαλλοντικά μέθοδο και ταυτόχρονα πιο οικονομική λύση σε σύγκριση με την κατασκευή συμβατικών τεχνικών έργων. Επιπλέον δεν προκαλείται οπτική όχληση και αισθητική υποβάθμιση του τοπίου Απαιτείται η παρακολούθηση της απόκρισης της ακτής στην τεχνητή αναπλήρωση και πιθανόν η επανατοποθέτηση υλικού. Σε περίπτωση που διαπιστωθεί ότι μετά από ένα χρόνο οι απώλειες ιζήματος είναι μεγάλες προτείνεται η εκ νέου αναπλήρωση και η δημιουργία ενός ύφαλου αναβαθμού παράλληλου προς την ακτογραμμή ώστε να επιβραδύνεται η απώλεια υλικού.
Ευχαριστώ!