Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

Σχετικά έγγραφα
Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

Εξισώσεις Κίνησης (Equations of Motion)

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ (Equations of Motion)

Επιστημονικά Υπεύθυνος: Συλαίος Γιώργος Ομάδα Εργασίας: Πρίνος Παναγιώτης, Σαμαράς Αχιλλέας

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

Μέτρο EuDREP ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΛΗΨΗ ΑΜΜΟΥ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΑΚΤΩΝ

Παράκτια Ωκεανογραφία

ΦΥΣΙΚΗ ΧΗΜΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ

V. ΜΙΞΗ ΣΕ ΛΙΜΝΕΣ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΕΣ. 1. Εποχιακός Κύκλος

Κεφάλαιο 11. Μηχανική Φλεβών και Πλουμιών Ορισμός υποβρύχιας φλέβας και πλουμίου

ΑΝΕΜΟΓΕNΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ (Wind-induced circulation)

Ωκεάνιο Ισοζύγιο Θερμότητας

Περιβαλλοντική Διαχείριση Εκβολών & Παράκτιας Ζώνης π. Νέστου

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ E ΕΞΑΜΗΝΟ

Γεωστροφική Εξίσωση. Στην εξίσωση κίνησης θεωρούμε την απλούστερη λύση της. Έστω ότι το ρευστό βρίσκεται σε ακινησία. Και παραμένει σε ακινησία

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

4.1 Εισαγωγή. Μετεωρολογικός κλωβός

Περιβαλλοντικά Προβλήματα και Σύγχρονα Εργαλεία ιαχείρισής τους στο θαλάσσιο περιβάλλον του Στρυμονικού Κόλπου και των εκβολών του π.

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΑΛΙΡΡΟΙΕΣ (TIDES)

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 η & 2 η : ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ

Παράκτια Βιογεωχημικά Μαθηματικά Ομοιώματα. ρ. Γιώργος Συλαίος Ωκεανογράφος Επ. Καθηγητής ΤΜΠ- ΠΘ

1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΡΩΤΟΥ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΕΠΑΝΩ ΑΠΟ ΑΚΙΝΗΤΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΕΠΙΠΕΔΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ

Συνοπτική Παρουσίαση Σχέσεων για τον Προσδιορισμό του Επιφανειακού Συντελεστή Μεταφοράς της Θερμότητας.

Και οι τρεις ύφαλοι βρίσκονται κοντά στην ακτογραμμή. Τα βάθη κυμαίνονται από 31 έως 35 m για τους Τ.Υ. Ιερισσού και Πρέβεζας και 20 έως 30 m για τον

ιαχείριση Παράκτιων Υδατικών Συστημάτων

ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Υδρομετεωρολογία Διεργασίες μεταφοράς

Ανεμογενής Κυκλοφορία

Παράκτια Ωκεανογραφία

Μακροσκοπική ανάλυση ροής

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 6: ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΩΝ

Ακτομηχανική και λιμενικά έργα

Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή στο Πλαίσιο της Περιβαλλοντικής Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής. Μεξικού

Διδακτορική Διατριβή Β : Τρισδιάστατη Αριθμητική Προσομοίωση της Υδροδυναμικής Κυκλοφορίας του Πατραϊκού Κόλπου

ΘΕΡΜΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΩΚΕΑΝΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ & ΑΛΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΥΣ ΩΚΕΑΝΟΥΣ

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

website:

8ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΩΚΕΑΝΩΝ» Φυσικές ιδιότητες θαλασσινού νερού θερμοκρασία

Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ):

ιαχείριση Παράκτιων Υδατικών Συστημάτων

Δυνάμεις που καθορίζουν την κίνηση των αέριων μαζών

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ο.Ε.Φ.Ε ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Υ ΡΑΥΛΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ και ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΑ ΤΟ ΝΕΡΟ

Samuel Hassid, Technion, Israel Inst. Of Technology

ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΩΝ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΜΑΖΩΝ ΤΟΥ ΚΟΛΠΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Να υπολογίσετε τη μάζα 50 L βενζίνης. Δίνεται η σχετική πυκνότητά της, ως προς το νερό ρ σχ = 0,745.

Αποτίμηση Ενεργειακής Απόδοσης Οικιακής Φωτοβολταϊκής Εγκατάστασης

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7-9

Υδρομετεωρολογία Διεργασίες μεταφοράς

Solar Combi & Solar Combi plus

2. ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΟΝ ΠΑΡΑΚΤΙΟ ΧΩΡΟ

Σχεδιασμός και διαστασιολόγηση συστημάτων ΘΗΣ Σεμινάριο Κεντρικών Ηλιακών Συστημάτων ΕΒΗΕ. Δημήτρης Χασάπης Μηχ. Τεχνολογίας Α.Π.Ε.

Η σημασία του θείου για τους υδρόβιους οργανισμούς?

Αρχές Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας (Διαλέξεις 7&8)

Κεφάλαιο 9. Μείξη Ρύπων σε Ποταμοεκβολές Ορισμός Ποταμοεκβολής

AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ

ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ

Παράκτια Τεχνικά Έργα

ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. Εκπέμπεται από σώματα που έχουν θερμοκρασία Τ > 0 Κ. Χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος η τη συχνότητα

Διασπορά ατμοσφαιρικών ρύπων

v = 1 ρ. (2) website:

ΓΕΩΣΤΡΟΦΙΚΗ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ (GEOSTROPHIC CIRCULATION)

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

Ακτομηχανική & Παράκτια Έργα 3/26/2012. Λεξιλόγιο Ανάλογα με την απόσταση από την ακτή. Σειρά V 2. Δρ. Βασιλική Κατσαρδή 1

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΡΜΗΣ ΡΕΟΛΟΓΙΑ. (συνέχεια) Περιστροφικά ιξωδόμετρα μεγάλου διάκενου.

ΗΛΙΑΚΟΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ. ΧΡΙΣΤΟΔΟΥΛΑΚΗ ΡΟΖΑ MSc ENVIRONMENTAL DESIGN & ENGINEERING ΦΥΣΙΚΟΣ ΠΑΝ. ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΘΗΣ ΚΑΠΕ. Ακτινοβολία Ψυκτικά.

Περιεχόµενα. 1. Γενικό πλαίσιο. 2. Η ΚΑΠ σήµερα. 3. Γιατί χρειαζόµαστε τη µεταρρύθµιση; 4. Νέοι στόχοι, µελλοντικά εργαλεία και πολιτικές επιλογές

υδροδυναμική Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση

ΠΙΛΟΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΔΙΑΣΥΝΟΡΙΑΚΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΠΟΤΑΜΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

ΑΣΚΗΣΗ 5 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ

Ενεργό Ύψος Εκποµπής. Επίδραση. Ανύψωση. του θυσάνου Θερµική. Ανύψωση. ανύψωση θυσάνου σε συνθήκες αστάθειας ή ουδέτερης στρωµάτωσης.

ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΟΜΟΙΩΜΑΤΑ

ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑΣ & ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ & ΓΕΩΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ

Παναγιώτης Γ. Κοσμόπουλος 1, Παναγιώτης Θ. Νάστος 1,

4.1 Στατιστική Ανάλυση και Χαρακτηριστικά Ανέμου

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΚΑΙ ΥΔΑΤΙΝΕΣ ΜΑΖΕΣ ΣΤΟΥΣ ΩΚΕΑΝΟΥΣ

ΙΣΧΥΣ ΡΥΘΜΟΙ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Κεφάλαιο 10. Υδροδυναμική και Διασπορά Ρύπων σε Παράκτιες Περιοχές Παράκτια Κυκλοφορία και Εξισώσεις Ροής

ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. Σημειώσεις. Επιμέλεια: Άγγελος Θ. Παπαϊωάννου, Ομοτ. Καθηγητής ΕΜΠ

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας: Ασκήσεις Α. Μπάης

γ. Στην εξίσωση διατήρησης της τυρβώδους κινητικής ενέργειας (ΤΚΕ) εξηγείστε ποιοι όροι δηµιουργούν ΤΚΕ και ποιοι καταναλώνουν ΤΚΕ.

Ασκηση 10 η : «ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΩΚΕΑΝΩΝ» Φυσικές ιδιότητες θαλασσινού νερού Θερμοκρασία Αλατότητα Πυκνότητα Διαγράμματα Τ-S

Εφαρμογή μόνωσης σε υφιστάμενα κτίρια κατοικίας. Γ. Πολυμενόπουλος Τμήμα Κτιρίων, ΚΑΠΕ

ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΚΑΙ ΥΔΑΤΙΝΕΣ ΜΑΖΕΣ ΣΤΟΥΣ ΩΚΕΑΝΟΥΣ

7.1.2 ΡΕΥΜΑΤΑ. Ch. Koutitas, Th. V. Karambas Aristotle University of Thessaloniki

ΕΓΓΡΑΦΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΤΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ. Εκθεση χώρας - Κύπρος {COM(2015) 85 final}

Ανεμογενείς Κυματισμοί

Ενεργειακή αποδοτικότητα στο δομημένο περιβάλλον

ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Transcript:

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία Δυναμική Υδάτινης Στήλης Δρ. Γιώργος Συλαίος Ωκεανογράφος Επ. Καθηγητής ΤΜΠ-ΔΠΘ

Μείξη Από Τάσεις Μη εφαρμογή Τάσεων Άνεμος Ψύξη Τριβή Πυθμένα Διπλή Διάχυση Εσωτερικές Τάσεις Παλιρροιακή Παραμόρφωση Παραγωγή Διατμητικών Τάσεων Παραγωγή Άνωσης

Mixing vs. Stratification Mixing from: wind stress bottom stress tidal straining cooling Stratification from: estuarine circulation tidal straining heating ρ To mix the water column, kinetic energy has to be converted to potential energy. ρˆ Mixing increases the potential energy of the water column z 1 z 2 ϕ z

Υδάτινη στήλη από την επιφάνεια ως το πυθμένα Δέχεται την επίδραση: Α) της παλιρροιακής ταλάντωσης, Β) της θέρμανσης από τη προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία Γ) της εκροής γλυκού νερού από ποτάμια Δ) της επίδρασης του ανέμου Δημιουργούνται στρώματα με διαφορετικές ιδιότητες και κίνησης, άρα συντελεστές κατακόρυφης μείξης και ορμής. Τα στρώματα πυθμένα και επιφάνειας δέχονται δυνάμεις σύρσης και τριβής.

Διεργασίες Μείξης - Στρωματοποίησης Επιφάνεια Τελικό προφίλ θερμοκρασίας Αρχικό προφίλ θερμοκρασίας Πυθμένας

Διεργασίες Μείξης Στο προηγούμενο παράδειγμα, η κατακόρυφη μείξη τείνει να μεταφέρει το ψυχρό νερό στην επιφάνεια και το θερμό νερό προς το πυθμένα. Η ολική θερμική ενέργεια της υδάτινης στήλης παραμένει σταθερή. Η κίνηση αυτή τείνει να εξομαλύνει το θερμοκλινές (στη περίπτωση θερμικής μείξης), το αλοκλινές (στη περίπτωση μείξης άλατος) και την ορμή (στη περίπτωση διαφορών ταχύτητας). Στη θάλασσα η μείξη είναι τυρβώδης, γιατί: u = u + u v = v + v w= w+ w Παρόμοια S = S + S C = C + C

Ολοκληρώνοντας ως προς ένα χρονικό διάστημα (π.χ., παλιρροιακός κύκλος) u = u + u ή αλλά u = u + u u = 0

Η ροή μάζας με ρύπο συγκέντρωσης C είναι ( u + u )( C + C ) = uc + u C + uc + u C ( u + u )( C + C ) = uc+ C u + u C + uc uc = uc + u C Μέση ροή μάζας Τυρβώδης ροή μάζας Αντίστοιχα ws ρc p ρ wu us ρ vu wt Κατακόρυφη τυρβώδης ροή άλατος Κατακόρυφη τυρβώδης ροή θερμότητας Κατακόρυφη τυρβώδης ροή οριζόντιας ορμής Οριζόντια τυρβώδης ροή άλατος Τυρβώδης ροή v-ταχύτητας κατά την χ-διεύθυνση

Οι περισσότερες διεργασίες μείξης σχετίζονται με οριακά στρώματα (boundary layers) καθώς η μεγαλύτερη τύρβη παράγεται κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας ή κοντά στο πυθμένα. Διεργασίας Μείξης 1 Ανεμογενής Μείξη Θεωρούμε παράκτια λεκάνη με επιφανειακή θερμοκρασία μεγαλύτερη από αυτή του πυθμένα. Εφαρμόζουμε διατμητική τάση μέσω της ταχύτητας του ανέμου. Η ένταση του ανέμου παράγει οριζόντιο ρεύμα (οριζόντια μεταφορά μάζας), αλλά εισάγει και τυρβώδη ενέργεια κοντά στην επιφάνεια. Δημιουργείται έτσι ένα ανεμογενές οριακό στρώμα, όπου επικρατεί έντονη μείξη, ενώ κάτω από αυτό το προφίλ της θερμοκρασίας παραμένει αμετάβλητο. Άνεμος Θερμοκλινές Επιφανειακό Στρώμα μείξης Βύθιση θερμοκλινούς όσο διαρκεί ο άνεμος

Δύο διεργασίες μείξης συμβαίνουν: 1. Μείξη εντός του οριακού στρώματος 2. Μείξη μεταξύ του οριακού στρώματος και του νερού πυθμένα, μέσω του θερμοκλινούς διαπήδηση νερού (entrainment) Λόγω της διαπήδησης το θερμοκλινές αυξάνει το βάθος του με το χρόνο. w e dh dt 1 Entrainment Rate (Velocity) Η επιφανειακή διατμητική τάση που παράγει ο άνεμος: τ = ρ CW w a d 2 Από την οποία παράγεται ταχύτητα τριβής u * = τ w ρ

Ορίζουμε το συντελεστή εισδοχής c e w u e * Ο συντελεστής εισδοχής εξαρτάται από τη διατμητική ταχύτητα και τη διαφορά πυκνότητας μεταξύ των δύο στρωμάτων (όσο μεγαλύτερο Δρ τόσο μεγαλύτερη η απαιτούμενη ενέργεια μείξης). Ri e = gh1δρ ρu 2 * Όπου h 1 το ανεμογενές οριακό στρώμα Μεγάλη τιμή Ri e σημαίνει μεγάλη διαφορά πυκνότητας, άρα χαμηλή διείσδυση. Εμπειρικές σχέσεις έδειξαν 3/2 2.5 ρa we = CW W gh1δρ / ρ ρ 3

Για τυπική παράκτια λεκάνη με h 1 = 10 m, Δρ/ρ=10-3, W=10 m/s έχουμε u * = 0.01 m/s, Ri e = 1000, c e = 0.003, w e = 3x10-5 m/s. Η διαφορά πυκνότητας μπορεί να υπολογιστεί με όρους θερμοκρασίας ως Δ ρ / ρ = aδt Όπου α ο συντελεστής θερμικής διαστολής νερού ίσος με 2x10-4 o C -1

Διεργασίας Μείξης 2 Παλιρροιακή Μείξη Η παλίρροια προκαλεί αύξηση της τυρβώδους ενέργειας στο οριακό στρώμα πυθμένα, με αποτέλεσμα τη μείξη της υδάτινης στήλης από κάτω προς τα πάνω. Παλιρροιακά ρεύματα Διαφορές αλατότητας μεταξύ πυθμένα και επιφάνειας Διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ πυθμένα και επιφάνειας

Προκύπτει ότι υπάρχουν δύο καλά καθορισμένοι κύκλοι στρωματοποίησης μείξης στη προηγούμενη χρονοσειρά. 1. Εναλλαγή spring-neap παλίρροιας. Η μείξη κατά τη παλίρροια μεγάλου εύρους (spring tide) είναι ικανή να υπερνικήσει τη στρωματοποίηση, λόγω της ροής πυκνότητας που αναπτύσσεται. Η εναλλαγή αυτή συμβαίνει περίπου κάθε 2 εβδομάδες 2. Ημι-ημερήσια στρωματοποίηση tidal straining. Η παλιρροιακή ροή είναι ισχυρότερη στην επιφάνεια από ότι στο πυθμένα. Άρα, τα ρεύματα κατά την άμπωτη μεταφέρουν νερό χαμηλής πυκνότητας πάνω από πυκνότερο νερό. Αυτό δημιουργεί στρωματοποίηση κατά την άμπωτη. Τα ρεύματα πλήμμης επαναφέρουν τη κατανομή πυκνότητας στην αρχική τους κατάσταση.

Ποταμός Θάλασσα Έντονη παλιρροιακή ανάμειξη HW Πλήρως αναμιγμένο προφίλ πυκνότητας Η παλιρροιακή μείξη ενεργεί ενάντια στη παραμόρφωση και παράγει ένα οριακό στρώμα πυθμένα Ροής κατά την άμπωτη: Η διατμητική τάση παραμορφώνει το προφίλ πυκνότητας Κατά την άμπωτη: Οι άνεμοι δημιουργούν επίσης ένα επιφανειακό οριακό στρώμα

Πλήρης παλιρροιακός κύκλος στη παράκτια ζώνη. Μετρήσεις CTD + ρευμάτων Εκτίμηση του αριθμού gradient Richardson number Ri = g Δρ ρ Δz ΔU Δz 2

Διεργασία Στρωματοποίησης 1 Προσπίπτουσα Ηλιακή ακτινοβολία T hρcp = Q q( T) t Προσφορά Θερμότητας Απώλεια Θερμότητας Μεταβολή θερμοκρασίας Υδάτινης στήλης βάθους h Ορίζουμε ως Τ e τη θερμοκρασία ισορροπίας, όπου η προσφορά θερμότητας είναι ίση με την απώλεια θερμότητας T Te T T Te qt ( ) = Q hρcp = t t t e e Το μείον σημαίνει ότι όταν Τ>T e τότε Τ μειώνεται προς το Τ e

Διεργασία Στρωματοποίησης 2 Προσφορά γλυκού νερού Προσφορά άνωσης στην υδάτινη στήλη Buoyancy Input

Ποτάμια Παροχή River Discharge Παροχή Μέση Παροχή τελευταίων 50 ετών Στρωματοποίηση και Παλιρροιακό Εύρος #1 #2 #3 #4 ΔS Παλιρροιακό Εύρος

Το μαθηματικό μοντέλο PHI

Στα παράκτια υδάτινα σώματα οι διεργασίες μείξης και στρωματοποίησης ελέγχονται από: 1. Ποτάμια Παροχή 2. Προσπίπτουσα Ηλιακή Ακτινοβολία 3. Παλίρροια 4. Ανέμους HEAT FLUX WIND TIDE RIVER FLOW (Q) Buoyancy Mixing ESTUARY > River Flow, Heat > Stratification mechanism > Wind, Tide < Mixing mechanism

Areas of Interest Strymonikos Gulf and Strymon plume area 41 N KAVALA GULF STRYMONIKOS GULF THRACIAN SEA SAROS GULF 40 N THERMAIKOS GULF NORTH AEGEAN SEA Kavala Gulf and Nestos plume area 39 N 23 E 24 E 25 E 26 E 27 E

The Role of River Damming 125 Strymon River 125 Nestos River River Discharge (m 3 s -1 ) 100 75 50 25 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Months River Discharge (m 3 s -1 ) 100 75 50 25 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Months Η φραγματοποίηση ποταμών προκαλεί σημαντικές μειώσεις και αλλαγές στο μέγεθος και τη συχνότητα εμφάνισης των μέγιστων και ελάχιστων ποτάμιων παροχών. Τελικά, παράγεται ένα υδρολογικό καθεστώς εντελώς διαφορετικό από τη προφραγματοποίησης περίοδο.

Strymon River Plume Dynamics June September November February

Strymonikos Water Column Stratification - Mixing June September November February

Nestos River Plume Dynamics March 2006 May 2006 August 2006 November 2006

Nestos Water Column Stratification - Mixing March 2006 May 2006 August 2006 November 2006

Σκοπός της Εργασίας Η εργασία αποσκοπεί: 1. Στην ανάπτυξη ενός μοντέλου με στόχο τη ποσοτικοποίηση των μηχανισμών υπεύθυνων για τις αλλαγές στην υδάτινη στήλη, 2. Στη μελέτη των διεργασιών στρωματοποίησης μείξης στις περιοχές κοντά στο στόμιο ποταμών που έχουν φραγματοποιηθεί, όπως ο Στρυμόνας και ο Νέστος, 3. Στην εκτίμηση της επίδρασης της κατακράτησης νερού από τη φραγμαλίμνη Κερκίνη (Στρυμόνας) και τους ταμιευτήρες Θησαυρού Πλατανόβρυσης (Νέστος), στις συνθήκες στρωματοποίησης στις εκβολές των δύο ποταμών.

Εκτίμηση Στρωματοποίησης - Μείξης Η εκτίμηση των συνθηκών στρωματοποίησης μείξης μίας υδάτινης στήλης γίνεται με βάση τη παράμετρο φ - η οποία εκφράζει τη ποσότητα της δυναμικής ενέργειας που απαιτεί η κάθε υδάτινη στήλη ώστε να γίνει πλήρως αναμεμιγμένη. Όπου, φ = 1 h 0 h ρ 1 = ( ρ ρ) g z dz 0 h ρ dz h

Δυναμική Ενέργεια της υδάτινης στήλης V = m g H Δυναμική Ενέργεια ανά μονάδα όγκου V Vol = ψ, = ρ g H Αλλά ρ = ρ (z ) ψ = g 0 ρ H z dz Η Δυναμική Ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας της υδάτινης στήλης είναι: 0 ψ m = g ˆρ z dz H ˆ ρ = 1 0 ρ dz H H m 2 s kg 3 m m 2 = kg 2 s Όπου Φ έχει μονάδες ενέργειας ανά μονάδα επιφάνειας

Η διαφορά ενέργειας μεταξύ της αναμεμιγμένης και της στρωματοποιημένης υδάτινης στήλης είναι: 0 ψ ψ = g ( ˆ ρ ρ) z dz = ϕ Με μονάδες [ Joules/m 2 ] φ είναι η ενέργεια που απαιτείται για να αναμείξω πλήρως την υδάτινη στήλη, δηλ. η ενέργεια που απαιτείται για να μετατρέψω το προφίλ πυκνότητας ρ(z) σε ρ hat ρ Καλείται ΑΝΩΜΑΛΙΑ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ z 1 z 2 m ρˆ H ϕ Αποτελεί μέτρο στρωματοποίησης Όσο μεγαλύτερο το φ τόσο πιο στρωματοποιημένη είναι η υδάτινη στήλη z Ανρ = ˆ ρ ϕ = 0 Άρα δεν απαιτείται ενέργεια για να αναμείξω την υδάτινη στήλη

Ενδιαφερόμαστε στο να καταλάβουμε αν η υδάτινη στήλη είναι αναμειγμένη ή στρωματοποιημένη λόγω διαφόρων δυνάμεων που ενεργούν σε αυτή. Γιατολόγοαυτόμελετούμετηχρονικήπαράγωγοτουφ dϕ dt [ Watts per squared meter ] dϕ = dt mixing from wind + mixing from tides + cooling/heating + tidal straining + stratification from gravitational circulation

Εξισώσεις Μοντέλου 1a. Παράγοντες Μείξης Ο ρυθμός μεταβολής της παραμέτρου φ, λόγω της παραμόρφωσης του προφίλ πυκνότητας στο πυθμιαίο οριακό στρώμα εκφράζεται από: dφ dt T ε k = b ρ h w u 3 b όπου, ε : συντελεστής μείξης (= 0.0038), k b : συντελεστήςτριβήςπυθμένα(=2.5 10-3 ) ρ W : πυκνότητα νερού (kg m -3 ) u b : ταχύτητα ροής πυθμένα (m s -1 )

1b. Παράγοντες Μείξης Εξισώσεις Μοντέλου Ο ρυθμός μεταβολής της παραμέτρου φ λόγω της ανεμογενούς ανάμειξης είναι: dφ dt W δ k = S ρ h a W 3 όπου, δ : συντελεστής μείξης (= 0.039), k S : συντελεστής επιφανειακής σύρσης (=6.4 10-5 ) ρ a : πυκνότητα αέρα (=1.2 kg m -3 ) W: ταχύτητα ανέμου (m s -1 )

Εξισώσεις Μοντέλου 2a. Παράγοντες Στρωματοποίησης Ο ρυθμός μεταβολής της παραμέτρου φ λόγω της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας είναι: dφ dt = α g Q 2 h c p όπου, α : συντελεστής θερμικής διαστολής (= 1.6 10-4 o C -1 ), C p : ειδική θερμότητα νερού (=4.0 10 3 J kg o C -1 ) Q : ροή ηλιακής ακτινοβολίας (W m -2 )

Εξισώσεις Μοντέλου 2b. Παράγοντες Στρωματοποίησης Ο ρυθμός μεταβολής της παραμέτρου φ λόγω της εισροής ποτάμιας παροχής είναι: dφ dt R = 1 320 g N 2 Z 4 h ρ W ρ x 2 όπου, N Z : ο κατακόρυφος συντελεστής τυρβώδους ιξώδους (= 1.6 10-4 o C -1 ), N Z = γ h u (γ = 3.3 10-3 )

Τελικές Εξισώσεις Μοντέλου Το μοντέλο στρωματοποίησης μείξης θεωρεί τις μεταβολές της απαιτούμενης δυναμικής ενέργειας της υδάτινης στήλης λόγω του ανέμου, της παλίρροιας, της ηλιακής θερμικής ροής και της ποτάμιας παροχής, ως: + + = h u k x N h g C g Q h W k dt d W b Z P S R T h W 3 2 4 2 3,,, 320 1 2 ρ ε ρ ρ α ρ δ φ α Άνεμος Θερμότητα Άνωση Παλίρροια Το μοντέλο έτρεξε υπό δύο διαφορετικά σενάρια ποτάμιας παροχής: A) Για το π. Στρυμόνα: 1. με την επίδραση της Κερκίνης και 2. χωρίς την επίδραση της Κερκίνης. B) Για το π. Νέστο: 1. με την επίδραση των φραγμάτων και 2. χωρίς την επίδραση των φραγμάτων.

Data sets used for Strymon River (2002) 1. Daily mean wind speed NOAA ARL Internet Site 2. Daily mean solar heat flux NOAA ARL Internet Site 3. Mean monthly river flow Kerkini Lake Authority 4. Mean monthly ρ/ x-values Field work data 5. Daily mean tidal current speed 3-D numerical model Data sets used for Nestos River (2006) 1. Daily mean wind speed NOAA ARL Internet Site 2. Daily mean solar heat flux NOAA ARL Internet Site 3. Mean monthly river flow Public Power Corporation 4. Mean monthly ρ/ x-values Field work data 5. Daily mean tidal current speed 3-D numerical model

River Discharge Density Gradients Relations Horizontal Density Gradient (kg m -2 ) 6.0x10-3 5.0x10-3 4.0x10-3 3.0x10-3 2.0x10-3 1.0x10-3 River Strymon Density Grad = 1.63E(-4)* Q - 8.31E(-4) R 2 = 0.63 (a) 0.0 0 10 20 30 River Discharge, Q (m 3 /s) Horizontal Density Gradient (kg m -2 ) 6.0x10-3 5.0x10-3 4.0x10-3 3.0x10-3 2.0x10-3 1.0x10-3 Density Grad = 5.33E(-5)* Q - 1.26E(-3) R 2 = 0.88 River Nestos (b) 0.0 0 20 40 60 80 100 River Discharge, Q (m 3 /s)

Model Results - Strymon River Plume Dynamics (Daily Values) 7.00 6.00 phi (J m -3 ) 5.00 4.00 3.00 Solar Heat Wind Stress 2.00 1.00 0.00 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 Days

Model Results - Strymon River Plume Dynamics (Monthly Integration) 180.00 160.00 140.00 Solar Heat Wind Stress Tidal Effect 120.00 PHI (J m -3 ) 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Months

Model Results - Strymon River Plume Dynamics (Monthly Integration) 120.00 100.00 80.00 With Kerkini Lake Without Kerkini Lake HI (J m -3 ) 60.00 40.00 20.00 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Months

Days Model Results - Nestos River Plume Dynamics (Daily Values) 18.00 16.00 14.00 phi (J m-3) 12.00 10.00 8.00 Solar Heat Wind Stress 6.00 4.00 2.00 0.00 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361

Model Results Nestos River Plume Dynamics (Monthly Integration) 180.00 160.00 140.00 Solar Heat Wind Stress Tidal Effect 120.00 PHI (J m -3 ) 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Months

Model Results Nestos River Plume Dynamics (Monthly Integration) 350.00 300.00 250.00 With Thysavros-Platanovrisi Dams Without Thysavros-Platanovrisi Dams 200.00 PHI (J m -3 ) 150.00 100.00 50.00 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Months

Model Results Total PHI Variability (Monthly Integration) 250 225 (a) Srymon Plume 400 (b) Nestos Plume 200 175 300 Φ-total (J m -3 ) 150 125 100 75 50 Φ-total (J m-3) 200 100 25 0 Feb Apr Jun Aug Oct Dec 0 Feb Apr Jun Aug Oct Dec Months Months

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για να εκτιμήσει τις επιπτώσεις της φραγματοποίησης ποταμών στη δυναμική της παράκτιας υδάτινης στήλης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η φραγμαλίμνη Κερκίνης επηρεάζει τις συνθήκες στρωματοποίησης στις εκβολές του π. Στρυμόνα κατά την άνοιξη την αρχή του καλοκαιριού (Απρίλιος έως Ιούνιος), μειώνοντας την απαιτούμενη δυναμική ενέργεια μείξης φ TOTAL κατά περίπου 13% (από 91.5 σε 72.9 J m -3 ). ΣτοποταμόΝέστοοόροςφ TOTAL εμφανίζεται μειωμένος σχεδόν καθόλη τη διάρκεια του έτους (από το Νοέμβριο έως τον Ιούλιο) κατά περίπου 50.2% (από 165.2 σε 82.3 J m -3 ).

Το μαθηματικό μοντέλο PHYTO

Εξισώσεις Κίνησης κατά x, y διευθύνσεις Επίδραση παλιρροιακών συνιστωσών Δύναμη Coriolis Κατακόρυφη ανακατανομή ορμής

Θεωρούμε δύο παλιρροιακές συνιστώσες, Μ 2 και S 2 με συχνότητα ω i

Όπου C η μέγιστη ταχύτητα των παλιρροιακών ρευμάτων (m/s) και λ η παράμετρος παλιρροιακής μεταβολής των ρευμάτων εντός της παλιρροιακού ελλειψοειδούς. Αν λ=-1, αντι-κυκλωνική μεταβολή (ωρολογιακή περιστροφή). Αν λ=1, κυκλωνική μεταβολή (αντι-ωρολογιακή περιστροφή). Αν λ=0 τότε έχουμε γραμμικά ρεύματα. Η ανεμογενής διατμητική τάση στην επιφάνεια της θάλασσας

Η διατμητική τάση λόγω τριβής πυθμένα Από την ολική προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, το 55% απορροφάται στο πρώτο επιφανειακό στρώμα νερού. Το υπόλοιπο 45% κατανέμεται στην υπόλοιπη υδάτινη στήλη, με βάση την εξίσωση κατανομής: Όπου λ 0 είναι ο συντελεστής κατακόρυφης διάχυσης θερμότητας.

Η θερμική απώλεια της επιφάνειας της θάλασσας δίνεται από όπου Και Τ d είναι η θερμοκρασία δρόσου της ατμόσφαιρας. Μόλις θερμανθεί η επιφάνεια της θάλασσας, η θερμότητα διανέμεται κατακόρυφα και η θερμοκρασία αποκτά τη κατανομή