ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΟΥΣ ΚΑΙ ΠΑΛΙΡΡΟΪΚΗΣ ΒΑΡΟΤΡΟΠΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΤΟΥ ΠΑΤΡΑΪΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ Ν. Θ. Φουρνιώτης, ιπλ. Πολ/κός Μηχ/κός, Μ..Ε., Υποψ. ιδάκτορας Γ. Μ. Χορς, Επίκουρος Καθηγητής Εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, Πανεπιστηµιούπολη Ρίο, 26 500 Πάτρα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο Πατραϊκός είναι ένας σχετικά ρηχός, διαµπερής κόλπος µε µέγιστο βάθος 135 m που συνδέει τον βαθύτερο Κορινθιακό κόλπο µε το Ιόνιο Πέλαγος. Στην παρούσα εργασία εφαρµόζεται ο τρισδιάστατος αριθµητικός κώδικας πεπερασµένων όγκων MIKE 3 FM (HD) για την µελέτη των θαλασσίων ρευµάτων και της εν γένει υδροδυναµικής συµπεριφοράς στον κόλπο της Πάτρας. Η αριθµητική προσοµοίωση βασίζεται στην αριθµητική επίλυση των τρισδιάστατων εξισώσεων RANS οι οποίες έχουν απλοποιηθεί µε βάση την προσέγγιση Boussinesq και αγνοώντας τους µη υδροστατικούς όρους της πίεσης κατά την κατακόρυφο. Το κλείσιµο της τύρβης επιτυγχάνεται χρησιµοποιώντας το µοντέλο Smagorinsky στην οριζόντια διεύθυνση και το k-ε, στην συνήθη µορφή του, στην κατακόρυφη. Προσοµοιώνεται η τρισδιάστατη υδροδυναµική συµπεριφορά του κόλπου υπό την επίδραση των συνήθων ανέµων που πνέουν στην περιοχή, καθώς και η διάδοση της παλίρροιας. Εξετάζονται διάφορα σενάρια όσον αφορά την φόρτιση του υδροδυναµικού συστήµατος και τα αριθµητικά αποτελέσµατα συγκρίνονται µε µετρήσεις πεδίου από προηγούµενες εργασίες που πραγµατοποιήθηκαν για την µελέτη των ρευµάτων στον Πατραϊκό κόλπο και ιδιαίτερα στο στενό Ρίου-Αντίρριου. Οι προσοµοιώσεις περιλαµβάνουν και φόρτιση µε χρονοσειρές ανέµου που έχουν προκύψει από µετρήσεις. Τα αριθµητικά αποτελέσµατα για το πεδίο των ρευµάτων στην περιοχή του στενού, συµφωνούν µε µετρήσεις. Επιπροσθέτως, από τις προσοµοιώσεις των παλιρροϊκών ρευµάτων προκύπτουν τιµές, κυρίως στην περιοχή του στενού, αρκετά µεγαλύτερες από εκείνες της συνήθους ανεµογενούς ροής. Οι ταχύτητες αυτές είναι από τις µεγαλύτερες ταχύτητες θαλασσίων ρευµάτων που απαντώνται στον ελληνικό χώρο.
3-D NUMERICAL STUDY OF THE BAROTROPIC WIND AND TIDAL CIRCULATION IN THE GULF OF PATRAS N. Th. Fourniotis, Civil Engineer, Dipl., M.Sc., Ph.D. Candidate G. M. Horsch, Assistant Professor Hydraulic Engineering Laboratory Dept. of Civil Engineering, University of Patras, Rio Campus, 26 500 Patras, Greece ABSTRACT The Gulf of Patras is a shallow basin (of 135 m maximum depth) leading to the Ionian Sea on the west, and through the straits of Rio-Antirio to the Gulf of Corinth, on the east. The latter communicates through the Corinth canal with the Aegean Sea. The three-dimensional code MIKE 3 FM (HD) was applied to simulate the hydrodynamic behavior of the Gulf. The simulations are based on the numerical solution of the three-dimensional RANS equations, invoking the Boussinesq assumption and the hypothesis of hydrostatic pressure in the vertical. The turbulence closure is affected using the Smagorinsky in the horizontal and the standard k-ε model in the vertical direction. The code was used to investigate barotropic, tide-and wind-driven circulation of the Gulf of Patras (Greece), which is a natural basin of complex bathymetry. Numerical simulations were conducted for different scenarios of wind speed and direction. Simulations for both uniform wind stress, corresponding to a value of 4 ms -1 and more realistic ones using time series of the wind vector were conducted. In addition, the tidal forcing was included to simulate tidal currents in the Gulf. Results for the simulated current pattern in the Gulf of Patras and the hydraulic exchange flow rate, at the Rio-Antirio straits, are given here for different tidal and wind forcing scenarios. The numerical study corroborated that the simulated tidal currents at the Rio-Antirio straits are among the strongest in Greece and stronger than the simulated winddriven circulation. Comparisons between model predictions and other published works have shown a reasonable agreement both qualitatively and quantitatively. In particular, comparison between modeled results and point measurements of wind-and tidal-induced currents in the Gulf indicated that the 3-D model is capable of reproducing the observed features of the Gulf hydrodynamics under realistic forcing.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα τελευταία χρόνια έχει δηµιουργηθεί µια ιδιαίτερη ευαισθησία γύρω από την ρύπανση του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Το πρόβληµα αυτό είναι ιδιαίτερα σηµαντικό στις κλειστές θάλασσες και τους κόλπους, όπου η ανανέωση των υδάτων είναι συνήθως περιορισµένη. Συνεπώς, η ορθολογική διαχείριση της χρήσης των υδάτων αυτών προϋποθέτει την κατανόηση της υδροδυναµικής κυκλοφορίας Αυτά ισχύουν και για τον Πατραϊκό Κόλπο, όπου η κατανόηση της υδροδυναµικής κυκλοφορίας αποτελεί προϋπόθεση και για τη µελέτη της στερεοµεταφοράς η οποία είναι ιδιαίτερης σηµασίας σε ορισµένες περιοχές όπως η περιοχή του νέου λιµένα Πατρών. Στην παρούσα εργασία εφαρµόζεται ο τρισδιάστατος αριθµητικός κώδικας MIKE 3 FM (HD) (DHI, 2007) για την µελέτη των θαλασσίων ρευµάτων και της εν γένει υδροδυναµικής συµπεριφοράς του κόλπου της Πάτρας. Ο Πατραϊκός κόλπος αποτελεί ένα ευαίσθητο περιβαλλοντικά υδάτινο σώµα εκτεθειµένο σε ποικίλα ρυπαντικά φορτία, ειδικότερα στο νοτιοανατολικό του τµήµα όπου αναπτύσσεται η πόλη των Πατρών. Συγκεκριµένα, η διάθεση των αστικών λυµάτων της πόλης σήµερα πραγµατοποιείται εν µέρει µόνο µέσω της µονάδας βιολογικού καθαρισµού της, δεδοµένου ότι δεν είναι πάντα δυνατό να καλυφθούν οι παροχές αιχµής των λυµάτων. Οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις του βιολογικού καθαρισµού της πόλης προβλέπουν παροχές µικρότερες από εκείνες που παράγονται καθηµερινά και σ αυτές υφίστανται επεξεργασία αστικά απόβλητα από ένα µόνο κοµµάτι της πόλης, το οποίο έχει συνδεθεί µε τον βιολογικό καθαρισµό. Μεγαλύτερες παροχές από τις προβλεπόµενες, που αποτελούν σύνηθες φαινόµενο µε δεδοµένη και την συνεχή ανάπτυξη του πολεοδοµικού συγκροτήµατος της Πάτρας, απορρίπτονται ανεπεξέργαστες στον υδάτινο αποδέκτη µέσω ενός συστήµατος υπερχείλισης. Τούτο καθιστά το σύστηµα διάθεσης αστικών λυµάτων της πόλης διαρκή πηγή ρύπανσης για τον κόλπο της Πάτρας. Επιπρόσθετα, ρύπανση προκαλείται από τη ναυσιπλοΐα στον κόλπο, εξαιτίας σποραδικών ατυχηµάτων που καταλήγουν σε κηλίδες πετρελαίου, ενώ και η βιοµηχανική περιοχή Πατρών επιβαρύνει µε τα απόβλητά της το υδάτινο σύστηµα του Πατραϊκού. Όλα τα παραπάνω υπονοµεύουν την έντονη τουριστική και παραθεριστική ανάπτυξη που προβλέπεται και επιχειρείται στην παράκτια ζώνη της Πάτρας, αλλά κυρίως το γενικότερο αίτηµα για την διατήρηση της οικολογικής ισορροπίας στο υδάτινο σώµα του Πατραϊκού κόλπου. Η ανάλυση, λοιπόν, της υδροδυναµικής συµπεριφοράς του Πατραϊκού κόλπου, µέσω της δηµιουργίας ενός αριθµητικού µοντέλου που θα προβλέπει την κυκλοφορία των υδάτων κάτω από διάφορες φυσικές φορτίσεις (άνεµος, παλίρροια, στρωµάτωση), αποτελεί τον κύριο στόχο της παρούσας µελέτης Συγκεκριµένα, εξετάζεται εδώ η ανεµογενής και παλιρροϊκή κυκλοφορία η οποία αναπτύσσεται όταν τα νερά του κόλπου είναι πρακτικώς οµογενή, όπως είναι στους χειµερινούς µήνες, πριν αρχίσει η ανάπτυξη της στρωµάτωσης. 2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Ο Πατραϊκός κόλπος βρίσκεται στην περιοχή της υτικής Ελλάδας, µεταξύ της Στερεάς Ελλάδας και της Πελοποννήσου (Σχ. 1). Είναι ένας σχετικά ρηχός, διαµπερής κόλπος µε µέγιστο βάθος 135 m που συνδέει τον βαθύτερο Κορινθιακό κόλπο µε το Ιόνιο Πέλαγος.
Στα ανατολικά οριοθετείται από το στενό Ρίο-Αντίρριο, εκεί όπου η γέφυρα "Χαρίλαος Τρικούπης" συνδέει την Πελοπόννησο µε τη Στερεά Ελλάδα και στα δυτικά από µια νοητή γραµµή που συνδέει την περιοχή Τουρλίδα µε το ακρωτήριο Άραξος (ή ακρωτήριο Πάπας). Έχει µήκος 40-50 km, πλάτος 10-20 km και καταλαµβάνει επιφάνεια περίπου 350-400 km 2. Γεωγραφικά, ο κόλπος της Πάτρας τοποθετείται σε γεωγραφικό µήκος λ από 21 ο 21 ' 20 " έως 21 ο 46 ' 36 " και γεωγραφικό πλάτος φ από 38 ο 08 ' 28 " έως 38 ο 21 ' 22 " σε γεωγραφικό σύστηµα WGS 84, που αντιστοιχεί στην Εγκάρσια Μερκατορική Προβολή (UTM) µε εύρος ζώνης 34 ο (UTM-34). Το λιµάνι της Πάτρας ευρίσκεται στο νοτιοανατολικό τµήµα του κόλπου και αποτελεί το σηµαντικότερο λιµάνι της ευρύτερης περιοχής. Greece C A B Σχήµα 1. Θέση του Πατραϊκού κόλπου, µεταξύ της Πελοποννήσου και της δυτικής Ελλάδας. Οι θέσεις των ανοικτών ορίων καθορίζονται µε λευκές γραµµές, ενώ οι σταθµοί µέτρησης παλιρροιών που τοποθετήθηκαν από τον Παπαηλιού (1982) δεικνύονται µε γκρι κουκίδες (Α, B, C). Figure 1. The Gulf of Patras, between the Peloponnesus and Western Greece. The open boundaries have been demarked with white lines, while the positions of tide gauges used by Papailiou (1982) have been marked with grey dots (A, B, C).
3. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΟΥ ΚΩ ΙΚΑ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΠΑΤΡΑΪΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ 3.1 ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΠΕ ΙΟΥ ΕΠΙΛΥΣΗΣ Για την διακριτοποίηση της γεωµετρίας του πεδίου ροής κατά την οριζόντια διεύθυνση χρησιµοποιήθηκε µη-δοµηµένο υπολογιστικό πλέγµα µε τριγωνικά κελιά, ενώ κατά την κατακόρυφη διεύθυνση καρτεσιανό πλέγµα µε ορθογωνικά κελιά. Κατά την κατακόρυφο ορίστηκαν 10 ισαπέχοντα στρώµατα, ενώ στο οριζόντιο επίπεδο το µη-δοµηµένο υπολογιστικό πλέγµα ορίστηκε ώστε να έχει λεπτή διακριτοποίηση στην παράκτια ζώνη, όπου τα βάθη του νερού είναι σχετικά µικρά, και αδρότερη στα µεγαλύτερα βάθη. Με τον τρόπο αυτό διατηρήθηκε ανεκτή αναλογία ύψους προς πλάτος κελιών, κυρίως κοντά στην ακτή, όπου το βάθος του νερού µειώνεται απότοµα. O αριθµός των υπολογιστικών κελιών κατά την οριζόντια διεύθυνση xy είναι ίσος µε 10169 (ή 5378 κόµβοι). Τα υπολογιστικά κελιά έχουν χαρακτηριστικές διαστάσεις κατά την οριζόντιο που µεταβάλλονται από 435 (πλησίον των ακτών) έως 1000m στην περιοχή µεγάλου βάθους, οι οποίες προκύπτουν από το εµβαδόν των κελιών αυτών θεωρώντας τα x και y ίσα µεταξύ τους. Η τιµή του χρονικού βήµατος, τέθηκε ίση µε 2 sec προκειµένου να εξασφαλιστεί αριθµητική ευστάθεια, µε βάση τη συνθήκη CFL. Σηµαντική πηγή δυσκολίας στην προσοµοίωση της υδροδυναµικής κυκλοφορίας αποτελούν τα ανοικτά όρια. Η δυσκολία αυτή αντιµετωπίζεται εν µέρει µε το να περιλαµβάνονται στην περιοχή προσοµοίωσης και τµήµατα των γειτονικών υδατίνων µαζών, που στην προκείµενη περίπτωση είναι ένα τµήµα του Κορινθιακού Κόλπου στα ανατολικά και τµήµα του Ιονίου πελάγους στα δυτικά του Πατραϊκού. Το υπολογιστικό πεδίο παρουσιάζει δύο ανοικτά όρια (Open Boundary-OB) ένα στα ανατολικά και ένα στα δυτικά του κόλπου. Τα ανοικτά αυτά όρια τοποθετούνται στα ανατολικά (ΟΒ2), οριζόµενα από την νοητή γραµµή που συνδέει τα άκρα Μόρνος- ρέπανο (Κορινθιακός κόλπος) και στα δυτικά (ΟΒ1) στην περιοχή δυτικά από την νοητή γραµµή που συνδέει τη νήσο Οξειά µε το ακρωτήρι της Κυλλήνης (Ιόνιο πέλαγος). Η θέση των ανοικτών ορίων επελέγη κατάλληλα εκτός της περιοχής του Πατραϊκού, όπως φαίνεται και στο σχήµα 1, κατά µήκος των ισοβαθών 150-m και 200-m στα δυτικά και ανατολικά, αντίστοιχα, προκειµένου να αποφευχθεί η επίδραση των ανοικτών ορίων κατά την αριθµητική προσοµοίωση στην περιοχή ενδιαφέροντος (Berman et al., 2000). Όσον αφορά τις οριακές συνθήκες, καταρχάς για την περίπτωση της ανεµογενούς ροής, στο ανατολικό άκρο του πεδίου ελέγχου, που οριοθετήθηκε από τον άξονα ρέπανο- Μόρνος (στον Κορινθιακό Κόλπο), εφαρµόστηκε ανοικτή οριακή συνθήκη µε σταθερό ύψος νερού 0 m (σε σχέση µε τη θέση ηρεµίας), που επέτρεπε παθητικά την εισροή ή εκροή νερού από το κάθε κελί σύµφωνα µε τις ανάγκες της ροής. Η συνθήκη αυτή θεωρείται λογική µε βάση το µεγάλο βάθος του Κορινθιακού Κόλπου. Η ίδια οριακή συνθήκη εφαρµόστηκε και στο δυτικό ανοικτό όριο, που καθορίζεται δυτικά από τον άξονα που συνδέει την νήσο Οξειά µε το ακρωτήρι της Κυλλήνης. 3.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΟΥΣ ΚΑΙ ΠΑΛΙΡΡΟΪΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Το πεδίο ανέµου που αναπτύσσεται στην περιοχή του Πατραϊκού είναι γνωστό ότι ποικίλει χωρικά, επηρεαζόµενο κυρίως από το έντονο ανάγλυφο της ευρύτερης περιοχής
(Αντωνόπουλος κ.ά., 1992). Στην παρούσα εργασία για την µελέτη της ανεµογενούς ροής πραγµατοποιούνται αριθµητικές προσοµοιώσεις, για την περίπτωση οµοιόµορφης διατµητικής τάσης ανέµου, στο χώρο και στο χρόνο, καθώς και για χρονικά µεταβαλλόµενη τιµή της διατµητικής τάσης που προκαλείται από χρονοσειρές ανέµου που έχουν καταγραφεί στην εγγύς περιοχή του Πατραϊκού. Ειδικότερα, ανάλυση καταγραφών ανέµου µε βάση την διεύθυνση και την ταχύτητα που πραγµατοποιήθηκαν την περίοδο 1973-1992 δεικνύει ότι η µέση ταχύτητα του ανέµου που πνέει στην περιοχή κυµαίνεται µεταξύ 1.2 και 5.1 ms -1 µε κύρια διεύθυνση επιρροής την νοητή ευθεία που ενώνει τον βόρειο ανατολικό τοµέα ΝΕ (45 o ) µε τον νότιο δυτικό SW (225 o ), δρώντας καθ όλο τον διαγώνιο άξονα του κόλπου (Αντωνόπουλος κ.ά., 1992). Εποµένως, πραγµατοποιήθηκαν αριθµητικές προσοµοιώσεις εφαρµόζοντας αρχικά σταθερή ταχύτητα ανέµου ΝΕ (45 o ) ή SW (225 o ) διευθύνσεως και µέτρου ίσου µε 4 ms -1 µέχρι την επίτευξη µονιµότητας (Σχ. 2), καθώς και µη µόνιµες, περισσότερο ρεαλιστικές, προσοµοιώσεις χρησιµοποιώντας πραγµατικές καταγραφές ανέµου. Σε όλες τις περιπτώσεις στην αρχική φάση δεν ελήφθη υπόψη η επίδραση της παλιρροϊκής φόρτισης προκειµένου να εξεταστεί αποκλειστικά η επιρροή του ανέµου στην υδροδυναµική συµπεριφορά της λεκάνης του Πατραϊκού. Επιπλέον, µελετήθηκε η επίδραση της παλιρροϊκής φόρτισης στον κόλπο της Πάτρας. Οι απαραίτητες οριακές συνθήκες που επιβάλλονται στα δύο ανοικτά όρια προκύπτουν από καταγραφές της παλιρροϊκής επάλλαξης της θαλάσσιας στάθµης, όπως αυτές έχουν µετρηθεί σε θέσεις πλησίον των ανοικτών ορίων. Συγκεκριµένα, στην παρούσα εργασία για την κατασκευή των οριακών συνθηκών αξιοποιούνται συνιστώσες παλίρροιας (Αχιλλεόπουλος, 1990) που προέκυψαν από αρµονική ανάλυση δεδοµένων από καταγραφές της χειµερινής περιόδου του 1982 (Παπαηλιού, 1982). Στη διδακτορική διατριβή του Αχιλλεόπουλου (1990) προσδιορίζονται οκτώ αρµονικές συνιστώσες αστρονοµικής παλίρροιας ηµι-ηµερήσιου και ηµερήσιου τύπου και συγκεκριµένα οι Q 1, O 1, K 1, P 1, M 2, N 2, K 2, S 2 που προκύπτουν από αρµονική ανάλυση δεδοµένων παλιρροϊκών σταθµών που εγκαταστάθηκαν στις θέσεις Μαυροµύτη (πλησίον ανοικτού ορίου ΟΒ1) και Ρίο (πλησίον ανοικτού ορίου ΟΒ2). Αν και οι σταθµοί καταγραφής επάλλαξης της θαλάσσιας στάθµης βρίσκονται αρκετά κοντά στις ακτές, ωστόσο η παλιρροϊκή φόρτιση που προκύπτει από τη σύνθεση των παραπάνω αρµονικών επιβάλλεται καθ όλο το µήκος των ανοικτών ορίων του πεδίου επιλύσεως. 4. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Πραγµατοποιήθηκαν αρκετές αριθµητικές προσοµοιώσεις για την περίπτωση τόσο της ανεµογενούς και παλιρροϊκής κυκλοφορίας στον κόλπο της Πάτρας, καθώς και συνδυασµού τους µε βασικό στόχο: (1) Να πιστοποιηθούν τα αριθµητικά προβλεπόµενα αποτελέσµατα συγκρινόµενα µε διαθέσιµες µετρήσεις πεδίου και ταυτόχρονα να εξακριβωθούν, για διάφορες συνθήκες φυσικών φορτίσεων, τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά όσον αφορά την υδροδυναµική συµπεριφορά του Πατραϊκού κόλπου, (2) να παραχθούν αριθµητικά αποτελέσµατα βασικών υδροδυναµικών παραµέτρων τα οποία µπορούν να ενισχύσουν την γενικότερη γνώση µας γύρω από την υδροδυναµική δίαιτα του Πατραϊκού κόλπου κατά την χειµερινή περίοδο. Ωστόσο, αξίζει να αναφερθεί ότι λόγω του περιορισµένου αριθµού των διαθέσιµων πεδιακών µετρήσεων, η όποια σύγκριση των
αριθµητικών αποτελεσµάτων µε διαθέσιµες µετρήσεις δεν µπορεί να θεωρηθεί σαν απόδειξη πιστοποίησης, αλλά κυρίως σαν ένδειξη συµβατότητας µεταξύ αριθµητικά προβλεπόµενων και µετρηµένων τιµών σε χαρακτηριστικές περιοχές του πεδίου επίλυσης όπου έχουν πραγµατοποιηθεί µετρήσεις στα πλαίσια διεξαγωγής ερευνητικών προγραµµάτων. Το πεδίο των επιφανειακών ρευµάτων που προκύπτει από την αριθµητική προσοµοίωση, για την περίπτωση νότιο-δυτικού ανέµου SW (225 ο ) ταχύτητας 4 ms -1, δίνεται στο σχήµα 2 (αµελώντας την επίδραση της παλίρροιας). Τα ρεύµατα που προκύπτουν από την αριθµητική µελέτη φαίνεται να είναι ισχυρότερα πλησίον των ακτών σε σχέση µε πιο βαθιά, σε απόλυτη συµφωνία τόσο µε αναλυτικά µοντέλα για την µελέτη της ανεµογενούς ροής, όσο και µε διαθέσιµες µετρήσεις πεδίου (Csanady 1982, Simons 1980). Οι αριθµητικές προβλέψεις για το πεδίο ρευµάτων βρίσκονται σε συµφωνία µε τις διαθέσιµες µετρήσεις πεδίου (Παπαηλιού, 1982, Χατζηθεοδώρου κ.ά. 1992). Ειδικότερα, για την περίπτωση νότιο-δυτικού ανέµου µέσης ταχύτητας 4 ms -1 οι προσοµοιωµένες τιµές των επιφανειακών ρευµάτων κυµαίνονται µεταξύ 5-12.5 cms -1 στο κύριο σώµα του κόλπου, ενώ στην περιοχή του στενού Ρίου-Αντιρρίου οι τιµές που προκύπτουν είναι µεγαλύτερες από 20 cms -1. Οι τιµές αυτές είναι απόλυτα συµβατές µε αντίστοιχες που έχουν παρατηρηθεί στα πλαίσια ερευνητικών προγραµµάτων πεδιακών µετρήσεων (Παπαηλιού 1982, Χατζηθεοδώρου κ.ά. 1992) στο παρελθόν για ασθενείς ανέµους (~4 ms - 1 ) ίδιας διευθύνσεως. Η ροή οδηγείται σε µόνιµη κατάσταση και για τιµές της ταχύτητας του ανέµου 6, 8, 10 και 15 ms -1. Η ανταλλαγή της παροχής στο στενό Ρίου-Αντιρρίου, στην µόνιµη κατάσταση, αυξάνει µε την αύξηση της ταχύτητας του ανέµου και η µεταβολή της γίνεται γραµµική όταν η ταχύτητα του ανέµου υπερβεί την τιµή των 6 ms -1, οδηγούµενη σε τιµή παροχής ίση µε 80 000 m 3 s -1 για ταχύτητα ανέµου ίση µε 15 ms -1. Αντιθέτως, ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για να οδηγηθεί η ανεµογενής ροή σε µόνιµη κατάσταση µειώνεται µε την αύξηση της ταχύτητας του ανέµου και οδηγείται σε τιµές µικρότερες του εικοσιτετραώρου όταν η ταχύτητα του ανέµου είναι της τάξης των 15 ms -1. Όλα τα παραπάνω σε συνδυασµό µε τους ισχυρισµούς του Piper et al. (1982), ότι παρατηρούνται επεισόδια σταθερής διεύθυνσης και ταχύτητας ισχυρών ανέµου που δρουν από τα βόρεια ανατολικά και διαρκούν για περισσότερο από 24 ώρες στον κόλπο της Πάτρας, οδηγούν στο συµπέρασµα ότι είναι δυνατή η ανάπτυξη µόνιµης ανεµογενούς ροής στο υδροδυναµικό σύστηµα του Πατραϊκού. Όσον αφορά την επίδραση της παλίρροιας στην υδάτινη µάζα του κόλπου, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η συνδυασµένη επιρροή ισχυρών και ασθενών επεισοδίων ανέµων, διαφόρων διευθύνσεων, µε την επίδραση της αστρονοµικής παλίρροιας. Συγκεκριµένα, από την αριθµητική µελέτη προκύπτει αύξηση του εύρους της παλίρροιας εντός του κόλπου, καθώς αυτή οδηγείται από το ανοικτό όριο του Ιονίου προς την θέση του στενού. Αντίστοιχη αύξηση της παλίρροιας έχει παρατηρηθεί και από τους Tsimplis (1994) και Αχιλλεόπουλος (1990) µε βάση πεδιακές µετρήσεις καταγραφών επάλλαξης της θαλάσσιας στάθµης που πραγµατοποιήθηκαν σε χαρακτηριστικές θέσεις στην είσοδο (ανοικτό όριο Ιονίου), στον λιµένα Πατρών, στην περιοχή του στενού Ρίου-Αντιρρίου καθώς και στην έξοδο του κόλπου (όρµος Ναυπάκτου). Τα παλιρροϊκά ρεύµατα λαµβάνουν ιδιαίτερα µεγάλες τιµές, στην περιοχή του στενού και αναµένονται της τάξης των 2 ms -1, ιδιαίτερα κατά την φάση των συζυγιών της παλίρροιας, µε βάση παρατηρηθείσες τιµές των Χατζηθεοδώρου κ.ά. (1992). Οι τιµές αυτές για τις ταχύτητες των ρευµάτων λαµβάνονται και κατά την αριθµητική προσοµοίωση στην φάση των
συζυγιών. Μια στιγµιαία πρόβλεψη της παλιρροϊκής κυκλοφορίας στον κόλπο της Πάτρας φαίνεται στο σχήµα 3. Είναι εµφανής η αύξηση των παλιρροϊκών ρευµάτων στην εγγύς περιοχή του στενού Ρίου-Αντιρρίου. Οι ίδιοι ερευνητές εκτιµούν ότι η µέγιστη προσδοκόµενη ταχύτητα ανεµογενούς ρεύµατος στην θέση του στενού αναµένεται της τάξης του 1 ms -1. Ωστόσο, η παραπάνω θεώρηση υπονοεί ότι η παλιρροϊκή κυκλοφορία είναι η επικρατούσα στον κόλπο της Πάτρας σε σχέση µε την ανεµογενή που θεωρείται δευτερεύουσα. Στην πραγµατικότητα αυτό αναιρείται για την περίπτωση ισχυρών ανέµων που δρουν στην φάση των τετραγωνισµών της παλίρροιας. Στο σχήµα 4 δίνεται η ανταλλαγή της παροχής που προκαλείται στην θέση του στενού από βόρειο-ανατολικό άνεµο ΝΕ (45 ο ) ταχύτητας 10 ms -1 και συγκρίνεται µε την ανταλλαγή που προκαλείται µόνο από την επίδραση της παλίρροιας κατά την φάση των τετραγωνισµών. Είναι εµφανές ότι η υδροδυναµική κυκλοφορία στον κόλπο στους τετραγωνισµούς της παλίρροιας καθορίζεται κυρίως από ισχυρούς ανέµους που δρουν για µακρά χρονικά διαστήµατα. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία εφαρµόστηκε ο τρισδιάστατος αριθµητικός κώδικας πεπερασµένων όγκων MIKE 3 FM για την µελέτη των ανεµογενών και παλιρροϊκών ρευµάτων καθώς και την πρόβλεψη της διακύµανσης της ελεύθερης επιφάνειας στον κόλπο της Πάτρας. Οι τιµές που προέκυψαν κατά την αριθµητική προσοµοίωση βρέθηκαν συµβατές µε πεδιακές µετρήσεις ρευµάτων στην περιοχή, καθώς και µε καταγραφές επάλλαξης της θαλάσσιας στάθµης που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια εκπόνησης ερευνητικών προγραµµάτων. Οι τιµές των ανεµογενών και παλιρροϊκών ρευµάτων, στο κύριο σώµα του κόλπου, φαίνεται να είναι συγκρίσιµες σε αντίθεση µε την περιοχή του στενού Ρίου-Αντιρρίου, όπου τα παλιρροϊκά ρεύµατα λαµβάνουν αρκετά µεγάλες τιµές, ιδιαίτερα κατά την περίοδο των συζυγιών της παλίρροιας και µάλιστα από τις µεγαλύτερες τιµές θαλασσίων ρευµάτων που απαντώνται στον ελληνικό χώρο. Ωστόσο, κατά την φάση των τετραγωνισµών της παλίρροιας οι ταχύτητες των ανεµογενών ρευµάτων είναι δυνατόν να ξεπερνούν κατά πολύ εκείνες των παλιρροϊκών. Επιπλέον, µε βάση τις αριθµητικές προσοµοιώσεις της ανεµογενούς ροής για την περίπτωση σταθερών ανέµων, όπου το σύστηµα οδηγείται σε µόνιµη κατάσταση, ο χρόνος παραµονής του υδροδυναµικού συστήµατος του κόλπου που προκύπτει αναµένεται να είναι της τάξεως του µήνα. 6. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα εργασία αποτελεί τµήµα του ερευνητικού έργου 03Ε 617 του Προγράµµατος Ενίσχυσης Ερευνητικού υναµικού (ΠΕΝΕ 2003). Το έργο συγχρηµατοδοτείται κατά: 75% της ηµόσιας απάνης από την Ευρωπαϊκή Ενωση Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταµείο, 25% της ηµόσιας απάνης από το Ελληνικό ηµόσιο Υπουργείο Ανάπτυξης Γενική Γραµµατεία Ερευνας και Τεχνολογίας, και από τον Ιδιωτικό Τοµέα Οργανισµός Λιµένος Πατρών Α.Ε., στο πλαίσιο του Μέτρου 8.3 του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα Γ Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης.
21 12' E 21 18' E 21 24' E 21 30' E 21 36' E 21 42' E 21 48' E 21 54' E 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Αχιλλεόπουλος, Π. (1990). "Παλίρροιες σε Κόλπους και Στενά της υτικής Ελλάδας Α) Πατραϊκός Κόλπος, Β) ίαυλος Λευκάδας", ιδακτορική ιατριβή, Πανεπιστήµιο Πατρών, Τµήµα Γεωλογίας, σ. 265. Αντωνόπουλος, Ι.. Ηλίας, Κ. Παπαγεωργίου, Σ. Αχµέντ. (1992). (b) "Έρευνα Ανεµολογικού Πεδίου στην Περιοχή Ρίου-Αντιρρίου για το έργο Ζεύξης". Τελική Έκθεση, Πανεπιστήµιο Πατρών, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πάτρα. Berman, T. Ν. Paldor, S. Brenner. (2000). "Simulation of wind-driven circulation in the Gulf of Elat (Aqaba)", Journal of Marine Systems, 26, 349-365. Csanady, G.T. (1982). "Circulation in the Coastal Ocean". 279 pp. D. Reidel, Norwell, Mass. Χατζηθεοδώρου, Χ. I. Αντωνόπουλος, A. Λασκαράτος, E. Παπαγεωργίου, K. Παπαγεωργίου, E. Τρόβα. (1992). "Έρευνα Θαλασσίων Ρευµάτων στην Περιοχή Ρίου- Αντιρρίου για το Έργο Ζεύξης", Τελική Έκθεση, Πανεπιστήµιο Πατρών, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πάτρα. MIKE 3 FLOW MODEL FM. (2007). Hydrodynamic module-user guide, DHI, Software. Παπαηλιού,.. (1982). "Ωκεανογραφική Μελέτη για τη Ρύπανση του Πατραϊκού Κόλπου", Τόµος II, Πανεπιστήµιο Πατρών, Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πάτρα. Piper, D.J.W. A.G. Panagos, N. Kontopoulos, and Μ. Spiliotopoulos (1982). "Coastal processes and morphology, Gulf of Patras, Greece, Z. Geomorph. N.F., 26(3), 365-374. Simons, T.J. (1980). "Circulation models of lakes and island seas", Can. Bull. Fish. Aquat. Sci., 203, p. 146. Tsimplis, M.N. (1994). "Tidal oscillations in the Agean and Ionian Seas", Estuarine, Coastal and Shelf Science, 39, 201-208. 4250000 38 24' N N 4240000 38 18' N 4230000 4220000 4210000 38 12' N 38 6' N 38 0' N 520000 540000 560000 580000 Current speed [m/s] Above 0.9 0.8-0.9 0.7-0.8 0.6-0.7 0.5-0.6 0.4-0.5 0.3-0.4 0.2-0.3 0.1-0.2 Below 0.1 Undefined Val Σχήµα 2. Πεδίο επιφανειακών ρευµάτων που προκύπτει από νότιο-δυτικό (225 o ) άνεµο ταχύτητας 10 ms -1. Figure 2. Surface currents induced by a 10 ms -1 south-westerly wind (225 o ).
21 12' E 21 18' E 21 24' E 21 30' E 21 36' E 21 42' E 21 48' E 21 54' E 4250000 4245000 4240000 4235000 38 24' N 38 18' N N 4230000 4225000 4220000 4215000 4210000 4205000 38 12' N 38 6' N 38 0' N 520000 540000 560000 580000 Current speed [m/s] Above 1.4 1.2-1.4 1-1.2 0.8-1 0.6-0.8 0.4-0.6 0.2-0.4 0-0.2-0.2-0 Below -0.2 Undefined Valu Σχήµα 3. Πεδίο επιφανειακών ρευµάτων που προκύπτει από παλιρροϊκή φόρτιση ενώ η παλίρροια βρίσκεται στη φάση των τετραγωνισµών. Figure 3. Tidal surface currents four days after neap tides simulation. flowrate (m 3 s -1 ) 6.0x10 4 4.0x10 4 2.0x10 4 0.0-2.0x10 4-4.0x10 4-6.0x10 4 south-west wind (10 ms -1 ) tidal forcing 0 12 24 36 48 60 72 84 96 time (hrs) Σχήµα 4. Ανταλλαγή της παροχής στο στενό Ρίο-Αντίρριο που προκαλείται από νότιοδυτικό άνεµο ταχύτητας 10 ms -1 και παλιρροϊκή φόρτιση κατά την φάση των τετραγωνισµών. Figure 4. The hydraulic exchange flowrate at the Rio-Antirio strait due to a south-westerly wind of 10 ms -1 and tidal forcing at neap tides.