ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ ΑΠΟ ΒΕΝΘΙΚΕΣ ΤΡΑΤΕΣ Κοµπιάδου Κ. 1, Κρεστενίτης Ι.N. 1 1 Εργαστήριο Θαλάσσιας Τεχνικής και Θαλασσίων Έργων, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, 54124 Θεσσαλονίκη, τηλ.: +2310 995654, fax: +2310 995644, e-mail: kobiadou@civil.auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η αλίευση µε συρόµενα µηχανικά µέσα προκαλεί κάποιες από τις εκτενέστερες φυσικές και βιολογικές αλλαγές στα θαλάσσια βενθικά οικοσυστήµατα των περιοχών µικρού βάθους και ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η µοντελοποίηση της µηχανικής διάβρωσης που προκαλείται από την σύρση των αλιευτικών εργαλείων, τόσο σε επίπεδο ρυθµού παραγωγής ιζήµατος, όσο και σε σχέση µε τις µεταβολές που προκαλούνται στο υδροδυναµικό πεδίο λόγω της αύξησης της τύρβης κατά τη σύρση του διχτιού. Η µαθηµατική µοντελοποίηση εφαρµόστηκε στο θαλάσσιο πεδίο του Θερµαϊκού κόλπου για µία αλιευτική περίοδο. Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης κατέδειξαν τη σηµαντική συνεισφορά της µηχανικής διάβρωσης σε επίπεδο εισροής φερτών υλών στον κόλπο. Παράλληλα, το υλικό αυτό παρουσίασε µικρούς χρόνους αιώρησης στη στήλη και κινήθηκε, γενικά, σε µικρή απόσταση από το θαλάσσιο πυθµένα, γεγονός που καταδεικνύει τη συµµετοχή του µηχανικά διαβρούµενου υλικού στη διαµόρφωση των βενθικών νεφελοειδών στρωµάτων στον κόλπο. MODELLING MECHANICAL EROSION BY BENTHIC TRAWLERS Kombiadou Κ. 1, Krestenitis Y.N. 1 1 Laboratory of Maritime Engineering and Maritime Works, Department of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, 54124 Thessaloniki, tel.: +2310 995654, fax: +2310 995644, e-mail: kobiadou@civil.auth.gr ABSTRACT Fishing with towed mechanical gear causes some of the most extensive physical and biological changes to the benthic marine habitats of the low-depth and continental shelf areas. In the present paper, the modelling of the mechanical erosion, caused by the towing of the fishing gear, is presented, in terms of sediment production rates, as well as related to the changes in the hydrodynamic field due to the increase in turbulence during the towing of the net. The mathematical model was applied in the Thermaikos gulf for one trawling season. The results of the simulation illustrated the important contribution of mechanical erosion in terms of sediment inflow in the gulf. At the same time, these materials demonstrated low suspension times in the water column and moved at low distances from the bed, evidencing the participation of mechanically eroded matter to the formation of benthic nefeloid layers in the gulf.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αλίευση µε συρόµενα µηχανικά µέσα προκαλεί µία από τις εκτενέστερες φυσικές και βιολογικές αλλαγές στα θαλάσσια βενθικά οικοσυστήµατα των περιοχών µικρού βάθους και ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας, µε τη δηµιουργία αυλακώσεων στο ίζηµα και απόξεση της επιφάνειας του πυθµένα από τις διατάξεις συγκράτησης των διχτυών και το ίδιο το δίχτυ. Μια τυπική µορφή των διχτυών που χρησιµοποιούνται από τις µηχανότρατες είναι αυτή του παρακάτω σχήµατος (σχ. 1). Τα µέρη του συστήµατος που έρχονται σε επαφή µε τον πυθµένα είναι οι πόρτες (doors) και τα σχοινιά ερµάτισης (ground ropes). Οι πόρτες, που είναι συνήθως µεταλλικές ή και ξύλινες, χρησιµοποιούνται για να εξασφαλίσουν το επιθυµητό άνοιγµα στο δίχτυ και σύρονται υπό γωνία σε σχέση µε την κίνηση της τράτας. Τα σχοινιά ερµάτισης είναι το µέσο που εξασφαλίζει την επαφή του διχτιού µε τον θαλάσσιο πυθµένα και µπορεί να είναι µια απλή αλυσίδα ή αλυσίδα µε βαρίδια ή και ελαστικούς τροχίσκους. Η µηχανική διάβρωση προκαλείται κύρια από τις πόρτες και σε πολύ µικρότερο βαθµό από τα σχοινιά ερµάτισης. Σχήµα 1: ιάταξη αλιευτικών εργαλείων τράτας. Προκαλείται, µε τον τρόπο αυτό, ενεργοποίηση ιζήµατος, η οποία είναι εντονότερη όσο πιο λεπτόκοκκο είναι το υλικό πυθµένα. Το παραγόµενο, κατάντη της µηχανότρατας, πλούµιο φερτών υλών έχει παρατηρηθεί ότι ξεπερνάει σε ύψος συχνά και τα 10m, µε συγκεντρώσεις υλικού που µπορούν να φτάσουν και τα 550mg/lt. Εκτός από τη διατάραξη του θαλάσσιου πυθµένα, η κίνηση της τράτας έχει επίδραση και στο πεδίο ταχυτήτων, µε αύξηση του τυρβώδους λόγω της ροής µέσα από το δίχτυ. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η µοντελοποίηση της µηχανικής διάβρωσης που προκαλείται από την σύρση των αλιευτικών εργαλείων, τόσο σε επίπεδο ρυθµού ενεργοποίησης ιζήµατος, όσο και σε σχέση µε τις µεταβολές που προκαλούνται στο υδροδυναµικό πεδίο λόγω της αύξησης της τύρβης κατά τη σύρση του διχτιού. Οι τροχιές κίνησης των τρατών καθορίζουν τις θέσεις γένεσης σωµατιδίων και εισόδου τους στη ροή. Παράλληλα, για την επίλυση του προβλήµατος έλλειψης δεδοµένων για την κίνηση των σκαφών που ενεργούν σε µια περιοχή, πρόβληµα σύνηθες για τα Ελληνικά αλιευτικά πεδία, προτείνεται η προσοµοίωση της κίνησης του αλιευτικού στόλου µε τη χρήση στοχαστικού µοντέλου, βασισµένου σε νοµικές απαγορεύσεις και σε αλιευτικές συνήθειες,. Έτσι, βάσει της αλληλουχίας των παραπάνω µοντέλων, είναι δυνατός ο προσδιορισµός χρονοσειρών εισερχόµενων στη ροή µαζών φερτών υλών λόγω µηχανικής διάβρωσης του πυθµένα και της συναφούς παραγωγής/καταστροφής τύρβης. Η κίνηση του ενεργοποιούµενου ιζήµατος στο θαλάσσιο πεδίο, στη συνέχεια, προσοµοιώνεται µε τη χρήση τρισδιάστατου µοντέλου µεταφοράς-διασποράς φερτών υλών.
2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Όπως προαναφέρθηκε, εκτός από τη διατάραξη του θαλάσσιου πυθµένα, η κίνηση της τράτας έχει επίδραση και στο πεδίο ταχυτήτων, µε αύξηση του τυρβώδους λόγω της ροής µέσα από το δίχτυ. Εποµένως, δύο είναι οι παράµετροι που είναι αναγκαίο να προσδιοριστούν για τη µοντελοποίηση της επίδρασης της µηχανικής διάβρωσης λόγω των βενθικών τρατών: αφενός η ποσοτικοποίηση του ιζήµατος που εισέρχεται στη στήλη του νερού και αφετέρου η παραγωγή τυρβώδους, λόγω της κίνησης του διχτυού. Τα αντικείµενα αυτά αναλύονται στη συνέχεια. 2.1 Εκτίµηση του ρυθµού µηχανικής διάβρωσης Ο προσδιορισµός της µάζας υλικού που τίθεται σε αιώρηση λόγω µηχανικής διάβρωσης της τράτας υπολογίζεται βάσει του ρυθµού µηχανικής διάβρωσης R trawl [kg/sec] [1]: Rtrawl = Utrawl wch dch ρ s Fsol Fres [εξ. 1] Στην παραπάνω σχέση οι U trawl είναι η ταχύτητα της τράτας κατά την σύρση [m/sec], w ch και d ch το πλάτος [m] (ισούται µε το διπλάσιο, αφού υπάρχουν 2 πόρτες, της προβολής του πλάτους της πόρτας κάθετα προς την κίνηση της τράτας) και το µέσο βάθος της αύλακας [m], ρ s και F sol η πυκνότητα της στερεάς φάσης [kg/m 3 ] και το ποσοστό των στερεών του εδαφικού υλικού, ενώ η σταθερά F res εκφράζει το ποσοστό του ιζήµατος της αύλακας που τίθεται επιτυχώς σε αιώρηση (το ποσοστό του υλικού της αύλακας που δεν επαναποτίθεται άµεσα στο θαλάσσιο πυθµένα). Από τις παραµέτρους αυτές κάποιες εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του σκάφους και των χρησιµοποιούµενων εργαλείων (U trawl και w ch ) και άλλες από τα χαρακτηριστικά του θαλάσσιου πυθµένα (d ch, ρ s, F sol και F res ). Έτσι είναι δυνατός ο απόλυτος καθορισµός όλων των τιµών των παραµέτρων, εκτός της σταθεράς του ποσοστού ιζήµατος που τίθεται επιτυχώς σε αιώρηση (F res ). Η τιµή της παραµέτρου αυτής συνδέθηκε µε την χαρακτηριστική διάµετρο του ιζήµατος µε εξίσωση που βαθµονοµήθηκε βάσει επιτόπου µετρήσεων, όπως αναλύεται στην ενότητα 2.4. 2.2 Εκτίµηση του τυρβώδους πεδίου ροής µέσα από το δίχτυ Η παραµετροποίηση της ροής µέσα από το δίχτυ της τράτας αποτελεί περίπλοκο αντικείµενο, αφού το ίδιο το σώµα που εκτρέπει τη ροή είναι παραµορφώσιµο και µεταβάλλει το σχήµα του λόγω υδροδυναµικών φορτίσεων. Για την επίλυση του προβλήµατος εφαρµόστηκε απλοποιητική µοντελοποίηση του τυρβώδους πεδίου που προκαλείται από την κίνηση του διχτιού στο υδάτινο περιβάλλον, θεωρώντας τον σάκο του διχτυού σαν συµπαγές, ακίνητο, σώµα που βρίσκεται σε οµοιόµορφο πεδίο ροής, και επιλύοντας τις εξισώσεις Navier-Stokes σε διδιάστατο πεδίο [2]. Έτσι το πεδίο επίλυσης ανάγεται σε ένα διδιάστατο χώρο, ο σάκος παρίσταται από µια συµπαγή πλάκα, ενώ επιλύεται η σχετική ταχύτητα κίνησης του νερού, θεωρώντας το δίχτυ ακίνητο και θέτοντας κατάλληλη οριακή συνθήκη γένεσης ταχυτήτων στο ανάντη όριο του πεδίου, ίσων µε την ταχύτητα σύρσης της τράτας. Σηµειώνεται ότι η θεώρηση του σάκου σαν συµπαγές σώµα αποτελεί µια σχετικά καλή προσέγγιση, ιδιαίτερα στην περίπτωση που αυτός είναι γεµάτος µε αλιεύµατα. Για την προσοµοίωση της ροής µέσα από το δίχτυ, το µοντέλο εξελίχθηκε εκφράζοντας το δίχτυ ως κωνικό πορώδες σώµα, που στο άκρο του φέρει το συµπαγή σάκο. ύο διαφορετικές διαπερατότητες θεωρήθηκαν για το δίχτυ, αφού κατά τη σύρση του το µάτι του διχτυού µειώνεται προχωρώντας από την είσοδο προς το συµπαγή σάκο. Οι συντελεστές οριζόντιας και κατακόρυφης τυρβώδους διασποράς, που προσδιορίστηκαν µε τον τρόπο αυτό, τέθηκαν σαν επιπλέον όρος διασποράς (πλέον αυτής που προκαλείται από την κυκλοφορία) των σωµατιδίων που βρίσκονται σε θέσεις που κάποια τράτα επηρέασε το πεδίο ροής.
2.3 Το µοντέλο ιχνηθέτη Η κίνηση των µηχανικά διαβρούµενων µαζών φερτών υλών, µετά την ενεργοποίησή τους και την είσοδο στη στήλη νερού, εξαρτάται από διάφορες φυσικές διεργασίες. Οι βασικότερες από αυτές περιγράφονται στο τρισδιάστατο µαθηµατικό µοντέλο µεταφοράς φερτών [3], που είναι διαµορφωµένο βάσει της µεθόδου του ιχνηθέτη και το οποίο χρησιµοποιήθηκε στη παρούσα εργασία. Το µοντέλο περιγράφει τις διεργασίες που λαµβάνουν χώρα στη στήλη του νερού, στο όριο του πυθµένα και τις ανταλλαγές µάζας µεταξύ τους. Πιο συγκεκριµένα, τα σωµατίδια που βρίσκονται στη στήλη του νερού µεταφέρονται και διασπείρονται από τα ρεύµατα, ενώ οι συνεκτικοί κόκκοι του υλικού συσσωµατώνονται και διασπώνται, µεταβάλλοντας παράλληλα το ρυθµό καθίζησής τους προς τον θαλάσσιο πυθµένα. Τα σωµατίδια που βρίσκονται στο όριο του πυθµένα, ανάλογα µε τις επικρατούσες συνθήκες διάτµησης, µπορεί να αποτεθούν στην επιφάνεια του πυθµένα και, στη συνέχεια να αρχίσουν τη σταδιακή, υπό ίδιο βάρος, στερεοποίησή τους, να παραµείνουν σε αιώρηση ή και να επαναιωρηθούν. Στην παρούσα εφαρµογή του µαθηµατικού οµοιώµατος η πηγή σωµατιδιακού υλικού είναι ο θαλάσσιος πυθµένας, µε ρυθµό εισόδου µαζών στη ροή που καθορίζεται από την εξ. 1 και µε την επίδραση της τυρβώδους διασποράς των σωµατιδίων λόγω της κίνησης του διχτυού, όπως περιγράφηκε στην παραπάνω ενότητα, να αποδίδεται σαν επιπλέον όρος διασποράς (στοχαστικής µετατόπισης) των σωµατιδίων που βρίσκονται σε περιοχές που η υδροδυναµική έχει µεταβληθεί λόγω της σύρσης κάποιας βενθικής τράτας. 2.4 Βαθµονόµηση της εξίσωσης προσδιορισµού του ρυθµού µηχανικής διάβρωσης Για τη βαθµονόµηση των αγνώστων σταθερών όρων της εξίσωσης εκτίµησης του ρυθµού µηχανικής διάβρωσης, χρησιµοποιήθηκαν οι πειραµατικές µετρήσεις που έγιναν στον κόλπο της Λυών (gulf of Lions) [4]. Κατά τη διάρκεια των πειραµάτων αυτών χρησιµοποιήθηκαν δύο ερευνητικά σκάφη, ένα εκ των οποίων έσυρε τα αλιευτικά εργαλεία, έχοντας ουσιαστικά το ρόλο της τράτας, ενώ, το δεύτερο εκτελούσε περιοδικές, κάθετες, σαρώσεις του παραγόµενου, από το πρώτο σκάφος, σωµατιδιακού νέφους, σε διάφορους χρόνους µετά τη γένεσή του, πραγµατοποιώντας µετρήσεις συγκεντρώσεων αιωρούµενων µαζών, ταχυτήτων νερού και φυσικών παραµέτρων. Οι εν λόγω µετρήσεις εφαρµόστηκαν σαν δεδοµένα εισόδου σε ένα box-model µε σκοπό τη σύγκλιση των αποτελεσµάτων του µαθηµατικού µοντέλου και των πειραµατικών µετρήσεων, σε σχέση µε την κατανοµή µε το βάθος των συγκεντρώσεων αιωρούµενου υλικού στις χρονικές στιγµές στις οποίες υπήρχαν διαθέσιµες σαρώσεις του πλουµίου. Η βέλτιστη σύγκλιση της µορφής του πλουµίου και της τάξης µεγέθους των αιωρούµενων συγκεντρώσεων, παρουσίασε, µεν, διαφοροποιήσεις µεταξύ προσοµοίωσης και µέτρησης, κρίθηκε όµως ικανοποιητική για το σκοπό της βαθµονόµησης της εξίσωσης, καθώς ο ρυθµός επαναιώρησης που υπολογίστηκε βάσει των προσοµοιώσεων (550gr/m 2 sec), προσεγγίζει µε µεγάλη ακρίβεια αυτόν που προσδιορίστηκε από τα επιτόπου πειράµατα (540gr/ m 2 sec). Κατά τον τρόπο αυτό έγινε προσέγγιση της άγνωστης παραµέτρου F res της εξ.1, η οποία συσχετίστηκε µε την διάµετρο του κόκκου του υλικού µε σχέση της µορφής: F = exp λd, λ 0.1, D [ µ m] [εξ. 2] res ( ) { } 50 50 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Λόγω της παντελούς έλλειψης δεδοµένων, τόσο για την κίνηση των µηχανοτρατών στο Θερµαϊκό κόλπο, όσο και για µια εµπεριστατωµένη πειραµατική διερεύνηση των µαζών που τίθενται σε κίνηση λόγω της αλίευσης µε συρόµενα µηχανικά µέσα, ήταν αναγκαία η εκτίµηση παραµέτρων µέσω παραδοχών και η αξιοποίηση των όποιων δεδοµένων ήταν
διαθέσιµα στη βιβλιογραφία από παρόµοιες περιοχές µελέτης, αλλά και στοιχείων που προήλθαν από προσωπική επικοινωνία µε επαγγελµατίες αλιείς της περιοχής. Έτσι, οι παράµετροι που σχετίζονται µε τα αλιευτικά σκάφη και τις συνήθειές τους, εκτιµήθηκαν κυρίως από πληροφορίες των αλιέων. Σε σχέση µε τις άγνωστες παραµέτρους για την επίλυση της εξ.1, αυτές ελήφθησαν από πληροφορίες των αλιέων της περιοχής [5]: Ταχύτητα σύρσης ~3knots=1.5m/sec και Πλάτος πόρτας ~1m Στη συνέχεια γίνεται ανάλυση της µεθοδολογίας προσδιορισµού των τροχιών κίνησης των µηχανοτρατών και των απαραίτητων δεδοµένων εισόδου του µοντέλου µεταφοράς-διασποράς φερτών. 3.1 Προσοµοίωση κίνησης αλιευτικών σκαφών στο Θερµαϊκό Κόλπο Η προσοµοίωση της µηχανικής διάβρωσης για την περίπτωση του Θερµαϊκού Κόλπου δυσχεραίνεται σηµαντικά από την έλλειψη δεδοµένων κίνησης του αλιευτικού στόλου που επιχειρεί στον κόλπο. Μοναδική δυνατή µέθοδος για την επίλυση του προβλήµατος αυτού είναι η θεώρηση στοχαστικού µοντέλου κίνησης των τρατών. Η παραδοχή αυτή είναι µεν αυθαίρετη, δεν είναι όµως ιδιαίτερα µακριά από µια πιθανή πραγµατικότητα, αφού η συµπεριφορά των αλιέων καθορίζεται, αφενός από την χωρική κατανοµή των αλιευµάτων τη δεδοµένη χρονική στιγµή, η οποία είναι δύσκολο να προβλεφθεί, αλλά και από προσωπικές επιλογές, οι οποίες είναι µάλλον αδύνατον να ποσοτικοποιηθούν. Είναι εποµένως γεγονός ότι η κίνηση των µηχανοτρατών είναι ουσιαστικά µία στοχαστική κίνηση. Υφίστανται, ωστόσο, περιορισµοί [6] και κανόνες [5] στην κίνηση του κάθε σκάφους, που κάνουν την µαθηµατική αυτή επίλυση περισσότερο καθορισµένη. Οι εν λόγω περιορισµοί [6] περιλαµβάνουν τις παρακάτω περιοχές απαγόρευσης αλιείας µε συρόµενα µηχανικά µέσα (Προστατευόµενες Περιοχές Αλιείας): (α) Βόρεια του ορίου Ακρ. Μεγάλο Έµβολο Ακρ. Επανωµή και σε απόσταση µικρότερη των 2ν.µ. από τις ακτές και 3ν.µ. περιµετρικά των εκβολών του Πηνειού καθ όλη τη διάρκεια του έτους και (β) Στο σύνολο του κόλπου κατά το διάστηµα Ιούνιος Σεπτέµβριος. Οι κανόνες κίνησης των σκαφών [5] περιλαµβάνουν πληροφορίες σχετικά µε: (α) Τη µέση απόσταση που διατηρούν µεταξύ τους τα σκάφη, (β) Τον αριθµό σκαφών που επιχειρούν στο Θερµαϊκό Κόλπο και τις περιοχές αλιείας ανά τµήµα (αρχή-µέση-τέλος) της αλιευτικής περιόδου και (γ) Τη διάρκεια αλιευτικού πλόα, σύρσεων και συνεχούς αλίευσης από µεµονωµένο σκάφος. Βάσει των παραπάνω καταστρώθηκε στοχαστικό µοντέλο για την πρόβλεψη των τροχιών κίνησης των µηχανοτρατών στο Θερµαϊκό Κόλπο. Το µοντέλο λειτουργεί µε ευρεία χρήση τυχαίων αριθµών. Με τη χρήση του στοχαστικού αυτού µοντέλου προσδιορίστηκαν οι τροχιές κίνησης των µηχανοτρατών στο Θερµαϊκό κατά τη διάρκεια µιας αλιευτικής περιόδου, τροχιές που καθορίζουν τις θέσεις γένεσης σωµατιδίων, η µάζα των οποίων υπολογίστηκε από τον ρυθµό µηχανικής διάβρωσης (εξ.1 & 2). 3.2 Προσοµοίωση κίνησης µηχανικά διαβρούµενου υλικού Βάσει της παραπάνω ανάλυσης, εκτελέστηκε προσοµοίωση µηχανικά διαβρούµενου υλικού της αλιευτικής περιόδου 2001-02. Το ολικό µήκος της σύρσης από τράτες, βάσει του στοχαστικού µοντέλου κίνησης των σκαφών, προέκυψε ίσο µε 196,500km, ενώ το σύνολο της µάζας που ενεργοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της περιόδου εκτιµήθηκε στους 3.38x10 6 tns. Ο µέσος ρυθµός διάβρωσης ανά µήκος σύρσης, εποµένως, προκύπτει της τάξης των 17tns/km ή 31.5tns/ν.µ., ενώ, λαµβάνοντας υπόψη και το πλάτος της σύρσης (~40m), ο µέσος ρυθµός µηχανικής διάβρωσης ανά επιφάνεια σύρσης προκύπτει ίσος µε 430gr/m 2. Σε σύγκριση µε την ολική στερεοπαροχή Αξιού Αλιάκµονα Πηνειού, η οποία, βάσει µετρήσεων του 1997-
98, είναι της τάξης των 0.65tns/y [7], προκύπτει ότι, το υλικό που διαβρώνεται µηχανικά κατά τη διάρκεια µίας αλιευτικής περιόδου, µπορεί να φτάσει και το πενταπλάσιο της ολικής συµµετοχής φερτών υλών των ποταµών. Βέβαια, το ότι οι µάζες αυτές εισήλθαν στη ροή δεν συνεπάγεται και το ότι έµειναν σε αιώρηση για σηµαντικά διαστήµατα, παράµετρος που εξετάζεται στη συνέχεια. Σε ότι αφορά στο µέσο χρόνο παραµονής των σωµατιδίων στη στήλη του νερού, που παρουσιάζεται στο σχήµα 2 (αποδίδεται µε µπάρες) ως ποσοστό επί του συνόλου των σωµατιδίων που παραµένουν σε αιώρηση κατά 5 χρονικά διαστήµατα (µικρότερο της 1 µέρας, µεταξύ 1 και 2, 2 και 5, 5 και 10 ηµερών και άνω των 10 ηµερών), παρατηρούµε ότι περίπου τα µισά σωµατίδια παρέµειναν στη στήλη του νερού για διαστήµατα µικρότερα των 2 ηµερών, εκ των οποίων η πλειονότητα (κατά µέσο όρο 29.7% επί του συνόλου, έναντι 16.5%) έµειναν σε αιώρηση για ακόµα µικρότερο χρόνο, κάτω της µίας ηµέρας. Ένα ποσοστό της τάξης του 23.7% συνέχισαν να βρίσκονται σε αιώρηση για διάστηµα µεταξύ 2 και 5 ηµερών, ενώ το 14.5% των σωµατιδίων του πεδίου παρέµειναν στη στήλη για χρόνους µεταξύ 5 και 10 ηµερών. Μόνο το 15.6% των µηχανικά διαβρούµενων σωµατιδίων επέδειξαν χρόνους αιώρησης υψηλότερους των 10 ηµερών. Προκύπτει, εποµένως, το συµπέρασµα ότι, ναι µεν λόγω της δράσης των βενθικών τρατών, όπως αυτές προσοµοιώθηκαν στοχαστικά, δύναται να ενεργοποιηθούν σηµαντικότατες µάζες υλικού πυθµένα, αλλά η πλειονότητα του υλικού αυτού επαναποτίθεται στο ίζηµα µετά από µικρούς χρόνους, κάτω των 5 ηµερών. Σε σχέση µε το επίπεδο κίνησης του πλουµίου αυτού στη στήλη του νερού (καµπύλη στο σχ.2), παρατηρείται ότι το υλικό αυτό κινήθηκε κατά κύριο λόγω σε µικρή απόσταση από το θαλάσσιο πυθµένα, της τάξης των 3m. Οι αυξοµειώσεις που εµφανίζονται στο γράφηµα οφείλονται στις υδροδυναµικές συνθήκες της ροής. Σε µερικές περιπτώσεις η απόσταση αυτή αυξάνει και αγγίζει τα 6m, προς τα τέλη εκεµβρίου και τα 7.5m κατά τις αρχές Φεβρουαρίου. Σε γενικές όµως γραµµές κυµαίνεται σε µικρές τιµές, γεγονός που υποδηλώνει ότι, στην πλειονότητά τους, οι ενεργοποιούµενες από τη µηχανική διάβρωση του πυθµένα µάζες συνεχίζουν να κινούνται κοντά στον πυθµένα, µορφώνοντας Βενθικό Νεφελοειδές Στρώµα (ΒΝΣ). Η εν λόγω διαπίστωση συµπίπτει και ενισχύει την άποψη ερευνητών ότι µέρος των ΒΝΣ που σχηµατίζονται στο Θερµαϊκό κόλπο προέρχονται από την αλιευτική δραστηριότητα των µηχανοτρατών της περιοχής [8]. Σχήµα 2: Μεταβολή του µέσου χρόνου αιώρησης (µπάρες, αναφερόµενες στον αριστερό άξονα) και µέσου επιπέδου αιώρησης (γραµµή, αναφερόµενη στο δεξιό άξονα) κατά τη διάρκεια της αλιευτικής περιόδου.
Σχετικά µε την οριζόντια απόσταση κίνησης του υλικού από τη θέση γένεσής του µέχρι και το σηµείο απόθεσης στο θαλάσσιο πυθµένα, όπως αυτή εικονίζεται στο σχήµα 3 (ως bubbleplot (α) και σαν ιστόγραµµα συχνοτήτων (β)), παρατηρείται ότι οι µάζες στην πλειονότητά (~66-90%) τους επαναποτίθενται µετά από µικρές αποστάσεις, της τάξης των 5-10km. Παράλληλα, είναι εµφανής η µεγαλύτερη επίδραση του ΒΝΣ στην θαλάσσια περιοχή κατά µήκος της δυτικής ακτογραµµής (σχ.3α), η οποία είναι και η περιοχή µε την συχνότερη εµφάνιση ποτάµιων ΒΝΣ. Σηµειώνεται ότι το 99,5% των σωµατιδίων που ενεργοποιήθηκαν από τις τράτες παρέµεινε και αποτέθηκε εντός των ορίων του πεδίου. Σχήµα 3: Μέγιστη ακτινικές αποστάσεις κίνησης υλικού στον κόλπο (α) και µεταβολή της σχετικής συχνότητας εµφάνισής της στο σύνολο της προσοµοίωσης (β) Σχήµα 4: Κατανοµή ΒΝΣ κατά τα τέλη Οκτωβρίου 2001 λόγω ποτάµιων (α), ποτάµιων και µηχανικά διαβρούµενων φερτών (β) και από µετρήσεις πεδίου [9] (γ) Από τα αποτελέσµατα του µοντέλου µπορούν, βέβαια, να προσδιοριστούν και συγκεντρώσεις αιωρούµενου υλικού. Στο σχήµα 4 παρουσιάζονται οι συγκεντρώσεις ΒΝΣ κατά τα τέλη Οκτωβρίου 2001, όπως προέκυψαν από την προσοµοίωση της κίνησης φερτών υλών των 4 κύριων ποταµών της περιοχής (σχ. 4α) και µετά την επαλληλία των προσοµοιώσεων ποτάµιων και µηχανικά διαβρούµενων φερτών (σχ. 4β). Τόσο η τάξη µεγέθους, όσο και η έκταση του πλουµίου βόρεια των εκβολών του Πηνειού συγκλίνει µε τις αντίστοιχες επιτόπου µετρήσεις (σχ. 4γ). Υπάρχει όµως µια µετατόπιση ΒΝΣ όπως προέκυψε από την προσοµοίωση (σχ. 4β) προς τα ανατολικά, κατά 6ν.µ. περίπου. Το γεγονός αυτό οφείλεται, αφενός, στο στοχαστικό προσδιορισµό της κίνησης των µηχανοτρατών και, αφετέρου, στους περιορισµούς που έχουν τεθεί για τα όρια από τις ακτές, εντός των οποίων µπορούν αυτές να κινηθούν, όρια, για τα οποία, δεν είναι βέβαιη η τήρησή τους από τους αλιείς στο πεδίο. Σε κάθε περίπτωση, όµως, στόχος της παρούσας διερεύνησης δεν ήταν η απόλυτη σύγκλιση των αποτελεσµάτων µε τις µετρήσεις. Αυτό, δεδοµένης της έλλειψης δεδοµένων για την κίνηση
των µηχανοτρατών κατά το εν λόγω διάστηµα, δεν θα µπορούσε να επιτευχθεί παρά µόνο τυχαία. Η σύγκλιση της µορφολογίας και της τάξης µεγέθους των αποτελεσµάτων κρίνεται επαρκής. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκε η µοντελοποίηση της µηχανικής διάβρωσης του θαλάσσιου πυθµένα λόγω βενθικών τρατών και της κίνησης του υλικού αυτού στη στήλη του νερού. Το µοντέλο περιλαµβάνει παραµετροποίηση του συνόλου των διεργασιών, από τη γένεση του υλικού και τις µεταβολές στο τυρβώδες λόγω της σύρσης του διχτυού, µέχρι και την τελική του επαναπόθεση στον πυθµένα ή την διαφυγή του προς την ανοιχτή θάλασσα. Η παρούσα µελέτη στο Θερµαϊκό κόλπο αποτελεί την πρώτη προσπάθεια ποσοτικοποίησης και διερεύνησης της κίνησης του µηχανικά διαβρούµενου υλικού για το εν λόγω πεδίο. Από τη διερεύνηση που πραγµατοποιήθηκε προκύπτει ότι, οι µάζες που δύνανται να τεθούν σε κίνηση λόγω της δραστηριότητας στην περιοχή µπορεί να είναι κατά πολύ σηµαντικότερες από τη συνεισφορά των ποταµών της περιοχής. Η εκτίµηση της ολικής µάζας, βεβαίως, µπορεί να τεθεί σε σοβαρή αµφισβήτηση, δεδοµένου του στοχαστικού της προσδιορισµού. Αντίλογος στη λογική αυτή αµφισβήτηση είναι το ότι, αφενός, δεν έχει γίνει κανενός είδους ποσοτικοποίηση του υλικού αυτού για την περιοχή µελέτης και δεν υφίστανται στοιχεία που να επιβεβαιώνουν, αλλά ούτε και να αντικρούουν οποιαδήποτε εκτίµηση. Η σύγκριση, όµως, της ολικά ενεργοποιούµενης µάζας µε τις στερεοπαροχές ποταµών προέκυψε πενταπλάσια, γεγονός που καταδεικνύει τη σηµαντικότητα της µηχανικής διάβρωσης για το ΒΝΣ του Θερµαϊκού κόλπου. Η εκτίµηση, από την άλλη, του µέσου ρυθµού διάβρωσης ανά επιφάνεια σύρσης, παράµετρος ανεξάρτητη από το ολικό µήκος σύρσης, προέκυψε άµεσα συγκρίσιµη µε εκτιµήσεις αντίστοιχων περιοχών. Το εν λόγω διαβρούµενο υλικό, µετά την είσοδό του στη στήλη συνεχίζει να κινείται σε µικρές αποστάσεις από τον θαλάσσιο πυθµένα, µορφώνοντας ΒΝΣ και επαναποτίθεται στον πυθµένα, σε µικρή, γενικά, απόσταση από τη θέση γένεσης (5-10km) και µετά από µικρό χρόνο αιώρησης, µεταξύ 2 και 5 ηµερών για την πλειονότητα των φερτών υλών. Τέλος, το δυτικό τµήµα του κόλπου είναι αυτό που φαίνεται να επηρεάζεται περισσότερο από την ενεργοποίηση και επαναπόθεση του ιζήµατος. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Churchill, J.H., 1989, The effect of commercial trawling on sediment resuspension and transport over the Middle Atlantic Bight continental shelf, Continental Shelf Research 9(9), 841-864 2. Gousidou M., Savvidis Y. & Koutitas C., 2004, A computational model for the forced resuspension of seabed sediment caused by trawling, Proceedings of the 5 th International Symposium on Ecohydraulics, Madrid 3. Krestenitis Y. N., Kombiadou K. D., and Savvidis Y. G., 2007, Modelling the cohesive sediment transport in the marine environment: the case of Thermaikos Gulf, Ocean Science 3, 91-104 4. Durrieu de Madron X., Ferré B., Le Corre G., Grenz C., Conan P., Pujo-Pay M., Buscail R., Bodiot O., 2005, Trawling-induced resuspension and dispersal of muddy sediments and dissolved elements in the Gulf of Lion (NW Mediterranean), Continental Shelf Research 25(19-20), 2387 2409 5. κ. Νικόλαος Νταουλτζής, πρόεδρος Συλλόγου Μηχανοτρατών Νέας Μηχανιώνας, προσωπική επικοινωνία 6. Π.. 189/78 Περί κανονισµού αλιείας εις τους Κόλπους Θεσσαλονίκης και Θερµαϊκόν 7. Metro-Med Project, 2000, Dynamics of Matter Transfer and Biochemical Cycles: Their Modelling in Coastal Systems of the Mediterranean Sea, Final Scientific Report 8. Zervakis V., Karageorgis A.P., Kontoyiannis H., Papadopoulos V., Lykousis V., 2005, Hydrology, circulation and distribution of particulate matter in Thermaikos Gulf (NW Aegean Sea), during September 2001 October 2001 and February 2002, Continental Shelf Research 25(19-20), 2332 2349